Adv. Funct. Mater. ：通过PCBM受体材料提升钙钛矿-石墨烯光电探测的响应度

【引言】

石墨烯结合半导体感光材料层制备的场效应管可以应用于超灵敏的光电探测。其中，有机金属钙钛矿半导体感光剂具有载流子寿命长以及可溶液法制备的优点，是一种与石墨烯结合的很好的感光剂材料。虽然关于石墨烯与钙钛矿结合的光电探测取得了一定的成果，然而大多数关于钙钛矿型光电探测器的研究至今仍然没有利用一些机制来提升电子空穴的分离以及电荷的选择性捕获。因此通过人为的设计一种能够提升敏化剂中电子空穴分离和载流子选择性捕获的结构可以大大的提升器件的响应度。

【成果简介】

近日，堪萨斯州大学的Judy Wu教授和Wai-Lun Chan教授（共同通讯作者）在Adv. Funct. Mater. 上发表了一篇名为“Using Bulk Heterojunctions and Selective Electron Trapping to Enhance the Responsivity of Perovskite-Graphene Photodetectors”。该研究提出了一种新型的钙钛矿-PCBM的杂化结构作为块体感光材料来提升钙钛矿-石墨烯光电探测器的响应度。该新结构成功的将原来的钙钛矿-石墨烯结构器件的响应度提升了30倍，高达10⁶A W^-1。

【图文简介】

图1 感光材料的吸收谱与PL谱

(a).钙钛矿、钙钛矿-0.1%PCBM和钙钛矿-1%PCBM的吸收谱；

(b). 钙钛矿、钙钛矿-0.1%PCBM和钙钛矿-1%PCBM的PL谱。

图2 器件结构、工作机制与输出特性曲线

(a).器件结构图与电子空穴传输示意图；

(b).能带图；

(c).输出特性曲线。

图3 器件的积累电阻响应速度

(a).飞秒激光照射下，器件的通道电阻的时间变化曲线；

(b).1000Hz激光频率下，钙钛矿-0.1%PCBM器件的积累电阻的时间变化；插图为三个脉冲的图。

图4 器件的瞬态响应特性与响应度随光功率的变化曲线

(a).500nm激光照射下，不同PCBM浓度器件的瞬态光电响应；

(b). 不同PCBM浓度器件的响应度与光功率的曲线。

【小结】

研究者通过在钙钛矿中加入PCBM来改善载流子的传输性能成功的提升了器件的探测性能。研究发现，当加入1%的PCBM时，可以将响应度从3×10⁴提升至8×10⁵A W^-1。这项工作表明，少量的电子或空穴受体材料可以有效的提升钙钛矿-石墨烯光电探测器的光响应度。

文献链接：Using Bulk Heterojunctions and Selective Electron Trapping to Enhance the Responsivity of Perovskite-Graphene Photodetectors (Adv. Funct. Mater. ,2017 DOI: 0.1002/adfm.201704173)

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