CsPbBrI 2 量子点制备及其光探测器性能
发布时间：2021-12-30 17:14
采用热注入法制备空气稳定性良好的CsPbBrI2量子点,以375nm的脉冲激光作为激发光源研究其光致发光性能.通过旋涂的方式制备相应薄膜,将其作为光敏层应用到光探测器,并对器件的光电子性能和稳定性进行详细研究.结果表明:CsPbBrI2量子点在635nm附近有强烈的荧光效应,光谱发光峰较窄,半峰宽约为35nm.CsPbBrI2量子点禁带宽度为1.90eV,制备的探测器光检测带宽从紫外光260nm到红光650nm,光响应度为0.26 A/W,高开/关比高达104,上升/衰减时间为3.5ms/3.5ms.在25℃,湿度在25%～35%大气环境下存储60天,性能与初始值相比几乎没有变化.CsPbBrI2量子点具有优异的稳定性、可制备高性能的宽带光检测和易于制造等优点,具备一定的应用前景.
【文章来源】：光子学报. 2020,49(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
存储60天后CsPbBrI2量子点薄膜吸收谱及探测器的周期循环开关性能
CsPbBrI2量子点的禁带宽度与其尺寸有关，通过反应温度控制量子点的大小，可以实现对量子点的带隙的调控．为了分析温度对纳米晶体生长的影响，对160℃，170℃，185℃下制作的样品进行比较．荧光光谱和吸收谱对样品表征，如图2(a）和2(b）所示，CsPbBrI2量子点在紫外和可见光区域有强烈的吸收特性，采用375nm脉冲激光激发时，量子点在635nm附近表现出强烈的荧光效应，发光峰半高宽约为35nm，并且随着反应温度的升高，吸收边和荧光峰红移，这是由于随着反应温度的升高颗粒变大，量子点的带隙变小．计算可得在185℃合成所得量子点的光学带隙为1.90eV，与相应的PL峰在638nm对应．图2(c）是常温下三种样品的荧光衰减曲线．荧光强度的驰豫时间用荧光寿命τ来定量描述，实际测量所得荧光寿命由辐射跃迁几率，无辐射驰豫几率以及能量转移速率等因素共同决定．用二阶指数函数荧光辐射的衰减曲线拟合参数如表1所示，结果表明：185℃制备量子点荧光寿命明显大于170℃和160℃所制得样品的荧光寿命．荧光寿命反应钙钛矿量子点中的缺陷复合情况，185℃的钙钛矿量子点荧光寿命较大，这是因为量子点尺寸越大，比表面积越小，缺陷态密度较小，制备所得薄膜的光生载流子可以被快速地导出，有利于探测器载流子的抽取和收集．
图3(a）为制备所得探测器结构，石英为基底，CsPbBrI2作为光敏层，金为电极．当光源照在探测器上时，CsPbBrI2量子点薄膜中产生电子-空穴对，在电场作用下快速分离，并在电极上收集获得光电流．图3(b）为器件的截面图，可以看出，旋涂制备的薄膜由量子点密堆积而成，厚度约300nm．为研究CsPbBrI2的微观结构及形貌，用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）对量子点薄膜表面进行表征，如图3(c）和3(d），量子点薄膜表面平整，无裂痕，颗粒大小均匀，粗糙度较低，这有利于探测器运行中电子和空穴的有效传输．为验证光探测器的性能，对光探测器的I-V曲线做了详细研究．分别在暗态和采用波长为515nm单色光，光照强度为10mw/cm2的光照条件下对器件进行I-V特性测试，图4(a）为相应的对数曲线图．与暗态电流相比，光照条件下探测器的光电流明显增大，并且随着偏压的增加，光电流随之增大，偏压为5V时，光电流达到1.82×10-6 A．叉指电极通道宽度对器件光电流有一定的影响，如图4(b）（内插图为叉指电极模板照片）所示，随着通道宽度的减小，电流明显增大．较小通道宽度可以减少载流子从一个电极到另一个电极的传输时间，从而增大光电流．
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池[J]. 王云祥,张继华,吴艳花,王红航,易子川,张小文,刘黎明. 光子学报. 2019(03)
[2]如何提升铅卤钙钛矿量子点的稳定性?[J]. 韦祎,陈叶青,程子泳,林君. 中国科学:化学. 2018(08)
[3]高质量钙钛矿量子点薄膜制备及性能研究[J]. 余彬海,颜才满,饶龙石,汤勇,李宗涛,陈松茂,卢汉光. 光子学报. 2018(02)
[4]光谱学方法研究Tm3+离子的上转换发光影响因素[J]. 张喜生,晏春愉,郑海荣. 光子学报. 2010(08)
本文编号：3558643
【文章来源】：光子学报. 2020,49(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
存储60天后CsPbBrI2量子点薄膜吸收谱及探测器的周期循环开关性能
CsPbBrI2量子点的禁带宽度与其尺寸有关，通过反应温度控制量子点的大小，可以实现对量子点的带隙的调控．为了分析温度对纳米晶体生长的影响，对160℃，170℃，185℃下制作的样品进行比较．荧光光谱和吸收谱对样品表征，如图2(a）和2(b）所示，CsPbBrI2量子点在紫外和可见光区域有强烈的吸收特性，采用375nm脉冲激光激发时，量子点在635nm附近表现出强烈的荧光效应，发光峰半高宽约为35nm，并且随着反应温度的升高，吸收边和荧光峰红移，这是由于随着反应温度的升高颗粒变大，量子点的带隙变小．计算可得在185℃合成所得量子点的光学带隙为1.90eV，与相应的PL峰在638nm对应．图2(c）是常温下三种样品的荧光衰减曲线．荧光强度的驰豫时间用荧光寿命τ来定量描述，实际测量所得荧光寿命由辐射跃迁几率，无辐射驰豫几率以及能量转移速率等因素共同决定．用二阶指数函数荧光辐射的衰减曲线拟合参数如表1所示，结果表明：185℃制备量子点荧光寿命明显大于170℃和160℃所制得样品的荧光寿命．荧光寿命反应钙钛矿量子点中的缺陷复合情况，185℃的钙钛矿量子点荧光寿命较大，这是因为量子点尺寸越大，比表面积越小，缺陷态密度较小，制备所得薄膜的光生载流子可以被快速地导出，有利于探测器载流子的抽取和收集．
图3(a）为制备所得探测器结构，石英为基底，CsPbBrI2作为光敏层，金为电极．当光源照在探测器上时，CsPbBrI2量子点薄膜中产生电子-空穴对，在电场作用下快速分离，并在电极上收集获得光电流．图3(b）为器件的截面图，可以看出，旋涂制备的薄膜由量子点密堆积而成，厚度约300nm．为研究CsPbBrI2的微观结构及形貌，用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）对量子点薄膜表面进行表征，如图3(c）和3(d），量子点薄膜表面平整，无裂痕，颗粒大小均匀，粗糙度较低，这有利于探测器运行中电子和空穴的有效传输．为验证光探测器的性能，对光探测器的I-V曲线做了详细研究．分别在暗态和采用波长为515nm单色光，光照强度为10mw/cm2的光照条件下对器件进行I-V特性测试，图4(a）为相应的对数曲线图．与暗态电流相比，光照条件下探测器的光电流明显增大，并且随着偏压的增加，光电流随之增大，偏压为5V时，光电流达到1.82×10-6 A．叉指电极通道宽度对器件光电流有一定的影响，如图4(b）（内插图为叉指电极模板照片）所示，随着通道宽度的减小，电流明显增大．较小通道宽度可以减少载流子从一个电极到另一个电极的传输时间，从而增大光电流．
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于氧化石墨烯空穴传输层的钙钛矿太阳能电池[J]. 王云祥,张继华,吴艳花,王红航,易子川,张小文,刘黎明. 光子学报. 2019(03)
[2]如何提升铅卤钙钛矿量子点的稳定性?[J]. 韦祎,陈叶青,程子泳,林君. 中国科学:化学. 2018(08)
[3]高质量钙钛矿量子点薄膜制备及性能研究[J]. 余彬海,颜才满,饶龙石,汤勇,李宗涛,陈松茂,卢汉光. 光子学报. 2018(02)
[4]光谱学方法研究Tm3+离子的上转换发光影响因素[J]. 张喜生,晏春愉,郑海荣. 光子学报. 2010(08)
本文编号：3558643
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