【摘 要】
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卤化钙钛矿CH3NH3Pb X3(X为Cl、Br或I)因其优异的光电性能和广泛的化学生产工艺受到广泛关注,特别是,MAPb Br3和MAPb I3的单晶被证明具有较长的载流子扩散长度和极低的陷阱态密。另外,与异质结结构特性相比较,同质结具有更完美的整流特性和光伏特性,这是因为同质结型光电探测器因其组成材料具有相似的带隙,界面晶格失配度小,缺陷态密度小,在现如今的器件制备中具有重要的研究价值,到目前
【基金项目】
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国家自然科学基金委员会青年基金及面上项目(21501038,61575059,61675062); 中国博士后科学基金面上项目; 中央高校基金科研业务费; 安徽省自然科学基金;
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卤化钙钛矿CH3NH3Pb X3(X为Cl、Br或I)因其优异的光电性能和广泛的化学生产工艺受到广泛关注,特别是,MAPb Br3和MAPb I3的单晶被证明具有较长的载流子扩散长度和极低的陷阱态密。另外,与异质结结构特性相比较,同质结具有更完美的整流特性和光伏特性,这是因为同质结型光电探测器因其组成材料具有相似的带隙,界面晶格失配度小,缺陷态密度小,在现如今的器件制备中具有重要的研究价值,到目前为止,杂化钙钛矿单晶的异质结已经被广泛地研究,但是制备钙钛矿单晶同质结的研究却鲜有报道。本文主要通过钙钛矿掺杂,改变钙钛矿MAPb Br3半导体特性,进而构筑钙钛矿同质结光电二极管和光电三极管,主要取得以下研究成果:MAPb Br3在之前的报告中是一种固有的p型半导体,在这项工作中起着p型衬底的作用。通过引入Bi3+离子,可以实现MAPb Br3晶体的多价掺杂,改变半导体特性。在此,我们以MAPb Br3单晶为基础,在化学合成过程中引入Bi3+,制备了pn光电二极管和npn光电三极管:(1)掺杂Bi3+离子后,MAPb Br3单晶的缺陷密度相对于以往报道基本上保持一个量级,并没有造成缺陷浓度大幅度增加。(2)对于光电二极管,我们发现该器件具有典型的光伏特性,可以作为自驱动的光电探测器工作。我们通过调节掺杂浓度进一步提高了器件的性能,在0.3%的掺杂水平没有任何有偏压情况下,器件具有较低的暗电流(4.8×10-10A)。此外,钙钛矿单晶光电二极管具有高达0.62 A/W的高响应度(R)和接近2.16×1012Jones的探测率(D*)。与其它结构相似的MAPb Br3单晶器件相比,具有可比性和明显的优越性。(3)我们进一步分析了基于pn结的MAPb Br3单晶npn光电三极管。我们知道,采用简单的npn或pnp异质结/同质结结构的光电探测器不仅可以实现光信号的转换,而且可以放大光电流,从而提高器件的性能。此外,国内外研究关于钙钛矿同质结光电三极管的报道也是甚少。MAPb Br3单晶光电三极管的放大倍数本文达到2.9×103,除此之外,我们基于此钙钛矿单晶的光电三极管探测器还获得了高响应度(14.47 A/W)和高的外量子效率(3.46×103)。结果表明,MAPb Br3单晶pn结和npn同质结光电探测器为进一步的实验和探索性研究提供了足够的保障,在未来的光电器件和系统中有潜在的应用前景。
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