钙钛矿基混合维度范德华异质结光探测器性能研究

发布时间：2021-06-27 06:05

　　异质结作为半导体功能器件的基本结构显得至关重要。随着纳米材料与异质结的飞速发展,由零维（0D）材料与二维材料通过范德华力相结合而形成的混合维度范德华异质结因同时拥有量子点材料优异的光学性质与2D材料独特理化性质而被认为在光电、光电子领域具有潜在的重大应用前景。此外,该类异质结具有层间耦合作用较弱、界面状态更加自由、能带结构灵活可调等众多突出优势。然而,这种新颖的混合维度范德华异质结及其光电子器件中仍然存在着一些问题。首先,伴随着其界面由传统的面-面接触向点-面接触的转变,其界面效应和载流子传输机制更加复杂,传统的界面概念需要被重新考虑,适用于新型界面的调控手段亟待发展。其次,基于此结构的光电子功能器件构筑工艺有待优化,其工作机制亦有待进一步阐明。在此基础上,量子点表面配体的钝化作用与界面载流子传输效率间存在重要矛盾。本文围绕0D-2D混合维度范德华异质结,开展了从材料设计与异质结构筑,到器件功能化与应用的全链条系统研究。设计构筑了不同能带匹配的0D-2D混合维度范德华异质结,证实了传统能带工程对混合维度异质结界面载流子行为的高效调控能力;获得了具有超高性能的光电功能器件并揭示了其高效工... 

【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２－１典型耗钦矿类化合物结构示意图??

根据Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｑｕｅｉｓｓｅｒ理论［１５］，对于单结太阳能电池，基于特定禁带宽??度的半导体材料的单结太阳能电池存在理论极限效率。当半导体禁带宽度在??１．４?ｅＶ时，可获得最大效率为３３．７％，如图２－２所示。目前最常用的钙钛矿??材料ＭＡＰｂＩ３和ＦＡＰｂｈ为直接帯隙半导体，禁带宽度分别为１．５５?ｅＶ和丨．５０??ｅＶ，处在最佳的禁带宽度范围，在电子跃迁过程中，不会散射声子造成能量??损失，是良好的光电材料。??色３０?：?广、＼??Ｉ?Ａ＼??ｃｕ?＾??＾?０?１?２?３??Ｂａｎｄｇａｐ?（ｅＶ）??图２－２半导体材料禁带宽度和极限光电转换效率关系图??在钙钛矿结构（ＡＢＸ３）中，通过改变Ａ位，Ｂ位，Ｘ位的原子或基团种??类可以实现钙钛矿材料能带结构的调控，图２－３为部分钙钛矿材料及其钙钛??矿太阳能电池的电子传输层和空穴传输层相对能带位置。通常Ａ位替换对材??料能带结构影响较小，但小部分Ａ位替换可以调整钙钛矿材料的能级达到最??佳值。例如，为降低ＭＡＰｂｈ钙钛矿的带隙（１．５?ｅＶ），用甲脒基团替代甲胺??基团（ＣＨ３ＮＨ３＋

根据Ｓｈｏｃｋｌｅｙ－Ｑｕｅｉｓｓｅｒ理论［１５］，对于单结太阳能电池，基于特定禁带宽??度的半导体材料的单结太阳能电池存在理论极限效率。当半导体禁带宽度在??１．４?ｅＶ时，可获得最大效率为３３．７％，如图２－２所示。目前最常用的钙钛矿??材料ＭＡＰｂＩ３和ＦＡＰｂｈ为直接帯隙半导体，禁带宽度分别为１．５５?ｅＶ和丨．５０??ｅＶ，处在最佳的禁带宽度范围，在电子跃迁过程中，不会散射声子造成能量??损失，是良好的光电材料。??色３０?：?广、＼??Ｉ?Ａ＼??ｃｕ?＾??＾?０?１?２?３??Ｂａｎｄｇａｐ?（ｅＶ）??图２－２半导体材料禁带宽度和极限光电转换效率关系图??在钙钛矿结构（ＡＢＸ３）中，通过改变Ａ位，Ｂ位，Ｘ位的原子或基团种??类可以实现钙钛矿材料能带结构的调控，图２－３为部分钙钛矿材料及其钙钛??矿太阳能电池的电子传输层和空穴传输层相对能带位置。通常Ａ位替换对材??料能带结构影响较小，但小部分Ａ位替换可以调整钙钛矿材料的能级达到最??佳值。例如，为降低ＭＡＰｂｈ钙钛矿的带隙（１．５?ｅＶ），用甲脒基团替代甲胺??基团（ＣＨ３ＮＨ３＋


本文编号：3252293