有机无机杂化钙钛矿光探测器双频结构及性能研究

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双频探测一般采用多种吸光材料复合的方式,以特殊的复合结构实现单一材料不能实现的波段选择探测,比如拓宽探测波长,划分探测范围,以实现特殊的波段探测需求。目前主要有紫外-可见双频探测、可见近红外双频探测、紫外-红外双频探测、以及近红外中红外双频探测等等。有机无机杂化钙钛矿由于其高的光吸收效率,高的载流子传输效率以及长的载流子扩散长度的独特优势,在LED、太阳能电池、探测器和激光器中有着广泛应用。光学带隙可调特性能使其可以实现可见光-红外光波段的宽波段探测以及窄带探测。本文通过溶液法制备了MAPb I3薄膜和MAPbBr3薄膜,研究了薄膜的形貌、微观结构、光学性能;并以其为光吸收层,提出了一种双频光电探测器,研究了器件光探测性能,探讨了其双频探测机制。采用一步溶液法-反溶剂法,制备了表面平整、低缺陷、高致密、高结晶度的MAPb I3薄膜和MAPbBr3薄膜,研究了其微观结构和光学性能。构筑了MAPbBr3薄膜光电探测器及MAPb I3薄膜光电探测器,分别实现了350-550 nm和350-800 nm的高效探测,外量子效率接近80%,探测度高达1012Jones,对可见光响应速度快,响应带宽大于250 k Hz。提出了基于MAPbBr3和MAPb I3薄膜两个极性相反的光电二极管叠加器件,构筑了结构为FTO/Ni Ox/MAPbBr3/PCBM/Ti O2/MAPb I3/P3HT/Ag的双频探测器,揭示了在可见光不同波段下的探测机制。通过控制外加偏压方向和大小,实现了单个器件的响应可在300-570 nm和630-800 nm之间可控性切换,器件光串扰小于-10 d B,部分特定波段小于-30 d B。双频探测器开关比约为10~8,响应带宽(f-3d B)约33 KHz,响应切换速率快接近1000 Hz,探测度为1.75×1010Jones,使其能在可见光通信的加密中有着很好的应用前景,保证了其作为高效数据接收机的应用。在溶液法合成有机无机杂化钙钛矿中,通过添加PEAI、NH4SCN和NH4Br,制备了准二维PEA2MA4Pb5I16薄膜。发现同时添加NH4SCN和NH4Br,提高了钙钛矿多晶薄膜结晶性能和表面平整性,并促进其沿着(202)晶面方向生长,增加了各向异性,实现了400-800 nm的可见光全波段偏振探测,610 nm处偏振度为0.26,响应带宽高达210 KHz,探测度达10~9Jones。
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