Advanced Materials:超分子静电锚合提高二维钙钛矿单晶X射线探测器的灵敏度和稳定性

钙钛矿由于具有较高的X-ray截止能,较高的载流子迁移率和载流子寿命乘积(μτ)等优点,近年来被广泛应用在软X-ray探测上。然而半导体材料对硬X-ray 的吸收系数变小,导致更多高能X-ray光子穿过探测器,从而降低器件载流子收集效率,最终影响探测器对硬X-ray探测的灵敏度。需要给更厚探测器施加较大的反向电场强度,来提高载流子收集效率,进而增强探测器的灵敏度,但较大的电场强度会加剧钙钛矿内部离子迁移,造成暗电流漂移,影响器件工作稳定性。

不同X-ray剂量下商用CsI闪烁体探测器与(F-PEA)2PbI4晶体探测器的成像对比。

近日,吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室魏浩桐课题组针对这一问题利用溶液生长法制备出大尺寸高质量二维4-对氟苯乙胺碘化铅钙钛矿单晶((F-PEA)2PbI4, 4-fluorophenethylammonium lead iodide)。研究发现,F原子的引入能诱导邻近苯环与F原子间的静电作用,从而稳定和调控晶体的电学性质。基于(F-PEA)2PbI4单晶探测器的电阻率达到1.36 ×1012 Ω cm。同时分子间作用有效抑制了器件内部离子迁移,在200 V外加偏压作用下,(F-PEA)2PbI4单晶探测器显示出稳定的暗电流。另外(F-PEA)2PbI4单晶探测器对120 keVp硬X-ray的灵敏度高达3402 μC Gy-1 air cm-2,最低X-ray检测剂量为23 nGyair s-1,在9994.3 µGy air s−1高剂量X-ray长时间曝光下显示出优异的工作稳定性。同时在45 nGyair s-1低剂量X-ray照射下,(F-PEA)2PbI4单晶探测器展现出优于商用闪烁体CsI硬X-ray探测器成像能力。该成果以题为“Sensitive and Stable 2D Perovskite Single Crystal X-ray Detectors Enabled by Supramolecular Anchor”发表在国际著名期刊Advanced Materials上(Advanced Materials, 2020, DOI: 10.1002/adma.202003790)。

课题组招聘有化学/材料/理论计算/器件背景的博士后。

课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/haotongwei