基于核壳结构二氧化钛纳米棒/甲基氨铅氯钙钛矿高性能的紫外光电探测器

发布时间：2021-06-01 01:46

　　利用甲氨铅氯（CH₃NH₃PbCl₃）钙钛矿薄膜直接包覆在垂直二氧化钛纳米棒（TiO₂NRs）阵列上的方法,研制了一种灵敏的紫外光电探测器。光响应分析表明,所制备的TiO₂NRs阵列/CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿核壳异质结对紫外辐射非常敏感,峰值灵敏度在365nm左右,但对波长大于400nm的光照几乎不敏感。在365nm的光照以及2V的偏压下,其响应度和比探测率分别为～50mA/W和～5.39×10¹⁰ Jones。此外,该器件表现出良好的环境稳定性。根据我们的理论模拟,相对较好的器件性能与核壳异质结阵列独特的几何结构的显著地光限制效应有关。结果表明,基于TiO₂NRs阵列/CH₃NH₃PbCl₃钙钛矿核壳异质结的紫外光电探测器在未来的紫外光电系统中有着潜在的应用前景。 

【文章来源】：电子测试. 2020,(15)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

制备TiO2NRs阵列/钙钛矿异质结光电探测器的工艺流程

为了确定CH3NH3PbCl3涂层后TiO2NRS阵列的几何形状，记录了单个纳米棒的高分辨率FESEM，如图3(a)所示。显然，纳米棒完全被连续的钙钛矿层包裹，实现了典型的核壳几何形状的形成。钙钛矿壳层的厚度为30-40nm。图3(b)CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜大部分衍射峰的位置都和其他文献报道的CH3NH3PbCl3的钙钛矿薄膜一致[2]。图4显示了TiO2NRs阵列/钙钛矿异质结构、纯TiO2NRs阵列和CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜的吸收光谱。显然，与单一的TiO2NRs阵列和CH3NH3PbCl3相比，由于这两种材料的协同效应和后来讨论的核壳几何形状的改善后的光限制效应，异质结构在紫外区(<400nm)处的吸光度显著增加。值得注意的是，这种提高紫外吸收能力的方法可以用于紫外光探测。

除了异质结的内置电场有助于分离光生载流子外，这种现象也可能与核壳异质结阵列中增强的紫外光限制效应有关[4]。我们采用基于时域有限差分(FDTD)方法建立程序并进行了数值模拟。图7分别模拟了单个TiO2NRs/钙钛矿核-壳异质结和单个TiO2NR电场密度分布。显然，与单根的TiO2NR相比，核壳异质结阵列内观察到电场密度较强，这意味着更多的入射紫外光子可以被限制在核壳异质结阵列内。这种发现是可以理解的，因为核壳异质结阵列在相邻单元之间有一个较窄的空间和一个单元的较大的表面面积，这两者都有利于改善限光效应，因为垂直纳米结构阵列中的这种效应通常来自纳米结构外围的多个内反射[5]。目前异质结光电探测器的良好器件性能也取决于它在环境条件下的良好重复性和长期稳定性。图8(a)显示了随操作周期数变化的光响应。观察到，即使经过数千次的操作，光开关的功能也是可重复的。光电流的轻微波动可能是由于每个周期入射紫外光强度的变化所致。此外，如图8(b)所示，该装置在空气中储存2周后，在没有任何封装或保护的情况下，能保持其光响应特性并且光电流只有～1%的下降。上述结果验证了异质结光电探测器的优异重复性和良好的环境稳定性，表明其在实际应用中具有很大的潜力。


本文编号：3209412