基于碳布的高性能柔性、宽波段响应钙钛矿光电探测器

随着智能手表、智能衣物、智能眼镜等可穿戴电子设备的日益普及,促使了柔性电子学的蓬勃发展。而其中重要的组成部分——柔性光电探测器更是逐年向着高性能、低成本、大面积的方向发展。为了实现光电探测器的节能化与便携化,柔性光电探测器的设计与制备均受到了研究人员的广泛关注。近几年,以CH3NH3PbX3为代表的有机-无机杂化钙钛矿材料因其宽光谱强吸收,载流子迁移率高扩散距离长,激发电子-空穴对易分离等优异的光电性质和低廉的成本成为倍受关注的一类新兴材料,现已在太阳能电池、发光二极管、光电探测器等诸多前沿领域表现出广阔的应用前景。然而,已报导的钙钛矿材料制备方法大多数对非平面衬底,特别是柔性非平面衬底适应性不高,无法满足目前多元化的光电器件应用场景。

smll-xiongjie                                                                   图1 光电探测器的制备工艺                                                                 smll-xiongjie1  图2 光电探测器的性能表征

日前,中国电子科技大学熊杰教授课题组与苏州大学李亮教授课题组合作首创了一种简便的钙钛矿-空穴传输材料共生长的制备方法(图1),其采用原子层外延技术(Atomic layer deposition)沉积超薄二维氧化钛界面传输层,大大降低器件噪声(~0.1nA);并结合适用于工业大面积制备的浸渍涂布技术(Dip coating)将目前热门可见光吸收材料——有机-无机混合钙钛矿(CH3NH3PbX3(X=Cl, Br, I))与空穴传输材料Spiro-OMeTAD均匀嵌套生长在低成本商业碳纤维布(Carbon Fiber Cloth)上,最终成功的制备出紫外-近红外宽波段,可自驱动,拥有高灵敏度(1.7×1011 Jones)和响应率(926 mA/W),以及毫秒级反应速度的的柔性光电探测器(图2)。该探测器具有优异的抗弯曲特性,在近乎180°的弯折状态亦或者近百次重复弯折的严苛条件下依然保持良好的探测性能。这些优秀的特性对可穿戴电子设备,特别是可穿戴光敏单元的制备有一定的参考价值,相关工作发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201701042)上。