Adv. Funct. Mater. ：通過PCBM受體材料提升鈣鈦礦-石墨烯光電探測的響應度

【引言】

石墨烯結合半導體感光材料層制備的場效應管可以應用于超靈敏的光電探測。其中，有機金屬鈣鈦礦半導體感光劑具有載流子壽命長以及可溶液法制備的優點，是一種與石墨烯結合的很好的感光劑材料。雖然關于石墨烯與鈣鈦礦結合的光電探測取得了一定的成果，然而大多數關于鈣鈦礦型光電探測器的研究至今仍然沒有利用一些機制來提升電子空穴的分離以及電荷的選擇性捕獲。因此通過人為的設計一種能夠提升敏化劑中電子空穴分離和載流子選擇性捕獲的結構可以大大的提升器件的響應度。

【成果簡介】

近日，堪薩斯州大學的Judy Wu教授和Wai-Lun Chan教授（共同通訊作者）在Adv. Funct. Mater. 上發表了一篇名為“Using Bulk Heterojunctions and Selective Electron Trapping to Enhance the Responsivity of Perovskite-Graphene Photodetectors”。該研究提出了一種新型的鈣鈦礦-PCBM的雜化結構作為塊體感光材料來提升鈣鈦礦-石墨烯光電探測器的響應度。該新結構成功的將原來的鈣鈦礦-石墨烯結構器件的響應度提升了30倍，高達10⁶A W^-1。

【圖文簡介】

圖1 感光材料的吸收譜與PL譜

(a).鈣鈦礦、鈣鈦礦-0.1%PCBM和鈣鈦礦-1%PCBM的吸收譜；

(b). 鈣鈦礦、鈣鈦礦-0.1%PCBM和鈣鈦礦-1%PCBM的PL譜。

圖2 器件結構、工作機制與輸出特性曲線

(a).器件結構圖與電子空穴傳輸示意圖；

(b).能帶圖；

(c).輸出特性曲線。

圖3 器件的積累電阻響應速度

(a).飛秒激光照射下，器件的通道電阻的時間變化曲線；

(b).1000Hz激光頻率下，鈣鈦礦-0.1%PCBM器件的積累電阻的時間變化；插圖為三個脈沖的圖。

圖4 器件的瞬態響應特性與響應度隨光功率的變化曲線

(a).500nm激光照射下，不同PCBM濃度器件的瞬態光電響應；

(b). 不同PCBM濃度器件的響應度與光功率的曲線。

【小結】

研究者通過在鈣鈦礦中加入PCBM來改善載流子的傳輸性能成功的提升了器件的探測性能。研究發現，當加入1%的PCBM時，可以將響應度從3×10⁴提升至8×10⁵A W^-1。這項工作表明，少量的電子或空穴受體材料可以有效的提升鈣鈦礦-石墨烯光電探測器的光響應度。

文獻鏈接：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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