Advanced Science:蒸镀Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜应用于高选择性且稳定的紫外光电探测器

光电探测器在工业和国防领域应用广泛。钙钛矿光电探测器由于其优越的光电性能、低廉的制造成本,展现出与硅探测器、II-VI和III-V族半导体探测器相媲美的性能。传统的钙钛矿半导体材料(例如(CH3NH3)PbI3)受限于较窄的可见光吸收带边,对紫外波段没有特征响应。新型的全无机双钙钛矿材料,A2B(I)B’(III)X6,通过异价置换的方式,采用三价和一价阳离子替换两个铅离子,极大拓展了材料的光电响应波段。其中,Cs2AgBiCl6具备优异的紫外吸收性能以及较长的载流子扩散长度,非常适合于制备紫外探测器件。但是,目前Cs2AgBiCl6双钙钛矿材料的合成仍然限制在粉末、单晶和纳米晶结构上,缺乏薄膜制备方法以及进一步对其紫外探测性能的研究,这阻碍了双钙钛矿光电器件的发展。

电子科技大学材料与能源学院刘明侦团队采用分步蒸镀法制备了高质量的Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜,并且将其作为紫外吸收层,制备了高选择性且稳定的紫外探测器件。相关结果以”Vapor-Deposited Cs2AgBiCl6 Double Perovskite Films toward Highly Selective and Stable Ultraviolet Photodetector”为题,发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201903662)上。

在该论文中,研究者采用分步蒸镀法制备了化学计量比平衡、高结晶性以及形貌均匀平整的Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜,并且进一步制备了具有高选择性紫外响应的稳定紫外光电探测器。通过精细地调控CsCl、BiCl3和AgCl蒸发源的沉积比例,同时系统地探究薄膜退火温度、薄膜结晶性和薄膜表面形貌三者的相互作用关系,获得了致密均匀、结晶性高的Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜。进一步,优化电子与空穴传输层,制备了紫外光电探测器。器件展现出在紫外光UV-A区域的高选择性探测性能(探测波长370nm,半高宽为67 nm),响应度达到10 mA•W-1,探测率达到1012 Jones。并且,器件具有良好的光强线性响应性能和优异的稳定性。器件在外部环境下放置123天,没有出现性能衰减。该工作制备的Cs2AgBiCl6双钙钛矿紫外探测器,其性能超过了目前先进的TiO2、SnO2和GaN等紫外探测器,奠定了双钙钛矿光电器件未来的发展基础。

作者相信双钙钛矿材料将在探测领域有着巨大潜力,蒸镀法将为双钙钛矿光电器件的发展开辟一条新的道路。该论文第一作者为电子科技大学材料与能源学院硕士研究生王铭,通讯作者为电子科技大学材料与能源学院刘明侦教授。论文得到国家重点研发项目、国家自然科学基金项目、四川省青年科技创新研究专项等项目的资助。