Advanced Optical Materials:用于光电探测器的不同纳米结构钙钛矿材料

作为一种基于光电转化探测光信号的半导体器件,光电探测器在现代工业和科学应用中意义重大,其应用范围广泛,包括光纤通信、环境监测以及生物传感等方面。近年来,用溶液法制备的铅卤钙钛矿具有带隙可调、激子扩散长度长、载流子迁移率高等显著特点,因而作为半导体层被广泛应用于光电探测器中。具有不同结构的钙钛矿材料,从传统的三维钙钛矿到新兴的二维钙钛矿以及钙钛矿纳米片,再到一维纳米线和零维量子点,在光电探测器中都有很好的应用。

中国科学院福建物质结构研究所郑庆东研究员团队综述了不同纳米结构的铅卤钙钛矿材料的合成方法,包括传统的一步法和两步法制备钙钛矿薄膜,以及热注法、过饱和重结晶法制备钙钛矿量子点,模板法、氨基酸介导法制备厚度可控的钙钛矿纳米片等。他们对近五年来三类不同钙钛矿光电探测器(包括光导体、光二极管、光晶体管)的半导体层材料选择、结构与性能之间的关系进行了深入地讨论,探讨了钙钛矿层结构与形貌对器件性能的影响,并对相应工作进行了总结,对比了不同类型器件的特点,提出了钙钛矿材料及器件结构选择的规律。此外,他们总结了最新的二维有机-无机杂化钙钛矿材料[(通式为(NH3RNH3)(MA)n-1AnX3n+1或(RNH3)2(MA)n -1AnX3n+1)]在光电探测器中的应用。基于二维有机-无机杂化钙钛矿材料的器件相对于传统由三维钙钛矿材料制备的器件,具有更优异的空气稳定性及湿度稳定性,为高稳定性钙钛矿器件的制备提供了新思路。最后,文章对钙钛矿光电探测器的未来发展方向和面临的挑战进行了展望。

本文介绍了钙钛矿光电探测器性能与纳米结构关系的最新进展,对高性能钙钛矿光电探测器的设计与制备具有重要意义。文章发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.202001637)上。