二维钙钛矿单晶纳米线阵列边缘态光电导机理
有机-无机钙钛矿材料具有优异的光电性质, 应用于制备高效率太阳能电池和发光二极管. 钙钛矿具备较高的载流子迁移率, 较长的寿命和扩散距离, 也是一类较为理想的光电探测器材料. 但三维钙钛矿暗电流对光电探测器的信噪比有较大影响, 发展受到限制. 基于多晶薄膜的光电二极管检测器, 虽可抑制暗电流, 但无法实现较大的光电导增益, 器件灵敏度也不理想.
近日, 中国科学院理化技术研究所博士吴雨辰, 中科院院士江雷课题组与天津大学教授付红兵, 中科院外籍院士, 美国加州大学伯克利分校教授张翔团队合作, 制备出高质量的二维钙钛矿单晶纳米线阵列, 首次发现二维钙钛矿纳米线的边缘态光电导效应, 并实现了目前世界上最高灵敏度的钙钛矿光电探测器.
研究人员通过不对称浸润界面, 控制二维钙钛矿的晶体生长. 通过电子衍射, 同步辐射掠入射X射线散射发现, 制备得到的纳米线取向单一, 导电的少层钙钛矿和丁胺基离子层层组装, 形成超晶格结构. 通过测量不同高度纳米线的荧光和光电导发现, 钙钛矿层的边缘能够有效地分裂激子, 产生并传导自由载流子, 从而实现了优异的光电导. 基于此纳米线制备的光电探测器, 实现了104A/W以上的响应度和7×1015Jones以上的探测度, 是目前世界上最灵敏的钙钛矿光电探测器, 比传统的硅光电二极管性能高出2-3个数量级.
相关研究结果发表在《自然-电子学》上, 并被作为highlight报道. 相关研究得到了科技部重点专项, 国家自然科学基金重点项目及北京市自然科学基金面上项目的资助.
