柔性光电探测器:钾离子辅助合成有机-无机杂化金属卤素钙钛矿纳米带

无论是微弱的萤火,还是强烈的X射线,也不管单色光亦或太阳光谱,对于它们的识别和响应是构建现代工业体系和人工智能感知的基础。光电探测器广泛应用于各类射线的识别,红外热成像以及红外遥感,工业自动化控制等领域。近年来,有机-无机杂化金属卤素钙钛矿材料因其本身优良的光电特性(光吸收系数大、载流子扩散长度长、光致发光强和非辐射复合速率慢等特点),在光电探测器、太阳能电池和发光二极管等领域表现出非凡的应用潜质。特别地,相对于三维同类材料,低维有机-无机杂化金属卤素钙钛矿材料具有比表面积大、量子限域效应强、抗湿性好等优点。如何通过适当的方法控制低维有机-无机杂化金属卤素钙钛矿材料的生长并充分利用其自身优点构建性能优异的光电器件,引起了材料学家的极大关注。

近期,中国科学技术大学姚宏斌、俞书宏等实现了在钾离子调控下通过简单溶液沉积法快速且大量合成有机无机杂化钙钛矿(C4H9NH3)2PbBr4纳米带,并对此纳米带的生长机理和结构进行了深入的研究,随后基于其优异的光学性能构建了稳定的柔性光电探测器。这也是首次报道由简单溶液沉积法宏量合成一维(C4H9NH3)2PbBr4纳米带。所制得的纳米带在空气中稳定性好,在紫外灯照射下显现出明亮的蓝色荧光。通过简单的涂布法,该课题组还在柔性基底电极上构建了(C4H9NH3)2PbBr4纳米带网络光电探测器,并测试其光响应性能。研究发现,相对于有机-无机杂化钙钛矿(C4H9NH3)2PbBr4微米片构建的光电探测器,基于纳米带构筑的光电探测器表现出更高的响应电流和更大的开关比,这得益于纳米带所构筑而成的具有孔隙的网络结构,更有助于光的散射,增加了光的利用率。同时基于纳米带的探测器表现出更好的抗弯折性,在柔性基底弯曲1000次后,其响应电流仅降低10%(基于微米片的探测器在弯折几次后响应电流就降低了近55%)。另外,纳米带探测器在空气中放置一周后,响应电流仅降低20%,体现其良好的稳定性。该项研究为有机-无机杂化金属卤素钙钛矿纳米材料的合成和应用提供了新的研究思路,有望进一步推动低维有机-无机杂化钙钛矿材料体系在光电器件中的应用。

相关工作发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201701029)上。

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