Nano Lett.：進行油酸鈍化處理，單晶CH3NH3PbI3納米線光電探測力MAX

大黑天 7年前 (2016-11-14) 3463瀏覽

【引言】

光電探測器可將光信號轉換為電流或電壓輸出，這一特性使其在成像、傳感和光譜等領域被廣泛應用。鈣鈦礦型光電探測器在溶液法制備半導體過程中因其復合損失非常少，因此具備高靈敏和快速響應的特性。

鈣鈦礦CH3NH3PbI3具有適當的帶隙、高光吸收系數、長電子空穴擴散長度、良好的缺陷物理特性及低成本的溶液法制備使其成為光電探測器領域的新興材料。而在眾多CH3NH3PbI3的形態（薄膜、單晶、納米線）中，單晶CH3NH3PbI3納米線在光電探測中更勝一籌，因其晶界數減少、性能呈各向異性，同時還具有很好的機械柔性。但對CH3NH3PbI3納米線光電探測器來說，隨之而來的缺點便是其大的表面會催化載流子復合和材料的分解，進而顯著影響設備的性能及穩定性。

【成果簡介】

華中科技大學唐江教授（通訊作者）等人通過引入油酸，對CH3NH3PbI3納米線表面進行鈍化，從而很好的提高了設備的穩定性，并進一步提高了靈敏性（探測力達到21013 Jones）。并利用一維幾何學，首次展現了CH3NH3PbI3納米線光電探測器線性二向色性的光電探測。

【圖文導讀】

圖一、CH3NH3PbI3納米線的表征

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(a) CH3NH3PbI3納米線陣列的俯視圖

(b)單個CH3NH3PbI3納米線的AFM圖，內嵌圖為CH3NH3PbI3納米線橫截面的SEM圖

(c) CH3NH3PbI3納米線的HRTEM圖，內嵌圖為局部低倍TEM圖

(d) CH3NH3PbI3納米線的SAED圖

(e) CH3NH3PbI3納米線的XRD圖譜

(f) CH3NH3PbI3納米線的吸收和PL光譜圖

圖二、CNPD結構及不同鈍化處理對CNPD性能的影響

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(a) CNPD設備結構圖示

(b) CNPDs在由LED產生的530nm單色光下產生的亮暗電流-電壓（I-V）曲線。光強密度為236 mW cm-2

(c-e) 經過不同后處理后，CNPDs的瞬時光電響應，以比較確定出最佳鈍化處理。后處理方式分別為氧等離子體輻射（OP），CH3NH3I IPA浸潤（MAI）和油酸甲苯浸潤（OA）。測試條件為530 nm單色光，2.36 mV cm-2，10 s一循環。

(f) 比較不同后處理的CNPDs設備儲存穩定性。老化條件：~20，~50% 濕度，設備未封裝

圖三、分析OA后處理對CH3NH3PbI3納米線的有利影響

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(a-b) 分別在同等測試條件下對可控和OA處理的CH3NH3PbI3納米線進行PL強度和瞬時衰變的比較。勵磁功率為50 mW，光波長780 nm。

(c-d) 分別對可控和OA處理的CH3NH3PbI3納米線進行空間電荷限制測試。紅線和綠線分別為線性和二次型I-V曲線。

圖四、OA鈍化的CNPD光電性能

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(a) 與波長相關的光電流和響應率。偏差1 V，光源為溴鎢絲燈，通過光柵調制產生10 nm最小步距的單色光。

(b) CNPD的瞬時響應（I-t曲線）。30 ms一循環，采樣間隔為1 ms。

(c) 在不同頻率下測試電流噪聲。藍色虛線為已報道的鈣鈦礦薄膜基光電探測器的測量值。紅色虛線為散射噪聲限。

(d) 光強度-響應率/探測率。偏差為1 V。光強度在6個數量級間變化，發射波長為530 nm。

圖五、OA處理的CNPD線性二向色性光電探測

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(a) 在有限不同的時間域（FDTD）內進行鈣鈦礦納米線偏振光模擬圖示

(b) 當偏振光的方向平行或垂直于納米線軸向時，計算CH3NH3PbI3納米線的吸收系數。

(c) 測試CNPD偏振敏感性的裝置圖

(d) 偏振角-CNPD的標準光電流

【小結】

通過一步自組裝的方法，成功合成單晶CH3NH3PbI3納米線。并對CH3NH3PbI3納米線進行不同的后處理方式，發現利用油酸（OA）鈍化處理，可加倍增加光電流，顯著提高設備的穩定性、響應率和探測力。利用CH3NH3PbI3納米線的各向異性，首次發現強偏振決定了CNPD的光探測力，提高了有機-無機雜化鈣鈦礦光電探測器的潛在應用。

文獻鏈接：Passivated Single-Crystalline CH3NH3PbI3 Nanowire Photodetector with High Detectivity and Polarization Sensitivity（NANO Letters，2016，DOI：10.1021/acs.nanolett.6b03119）

本文由材料人編輯部電子電工學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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