基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

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作者 单东明 张瀚文 +2 位作者 张庆文 张虎 丁然 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期195-203,共9页

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出... 近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C_(60)/MAPbBr_(3)/MoO_(3)/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10^(3),响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10^(12)Jones,外量子效率达到1794%。该工作为进一步改善和提升钙钛矿单晶薄膜光电探测器的探测性能提供了一种可行性技术方案。 展开更多

关键词 杂化钙钛矿半导体材料 钙钛矿单晶薄膜 模板剥离法 光电探测器

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溶液空间限域法制备有机-无机杂化卤化铅钙钛矿单晶薄膜及其器件应用研究进展

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作者 张庆文 单东明 +1 位作者 张虎 丁然 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第4期572-584,共13页

近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因其出色的光电特性在国际上备受瞩目,并已成功应用于太阳能光伏、光电探测、电致发光等多个领域。目前绝大部分器件研究都集中在钙钛矿多晶材料上,但钙钛矿单晶材料拥有更低的缺陷态密度、更高的... 近年来,有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料因其出色的光电特性在国际上备受瞩目,并已成功应用于太阳能光伏、光电探测、电致发光等多个领域。目前绝大部分器件研究都集中在钙钛矿多晶材料上,但钙钛矿单晶材料拥有更低的缺陷态密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命、更宽的光吸收范围,以及更高的稳定性等优异的性质,可有效减少载流子传输过程中的散射损失,以及在晶界处的非辐射复合,并抑制离子迁移所引起的迟滞效应。采用钙钛矿单晶薄膜作为器件有源层有望制备性能更高效且更稳定的钙钛矿光电器件。目前,已报道的多种钙钛矿单晶薄膜制备方法包括溶液空间限域法、化学气相沉积法、自上而下加工法等,其中溶液空间限域法的发展和应用最为广泛。本文聚焦利用溶液空间限域法制备高质量钙钛矿单晶薄膜的相关方法,以及钙钛矿单晶薄膜在光电探测器、太阳能电池、场效应晶体管和发光二极管等相关器件应用中的研究进展,并对钙钛矿单晶薄膜及其光电器件的未来发展趋势进行了展望。 展开更多

关键词 钙钛矿半导体材料 溶液空间限域法 钙钛矿单晶薄膜 光电子器件 单晶薄膜生长

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钙钛矿单晶X射线探测器:未来可穿戴电子器件的B位工程 被引量：1

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作者 马闯 赵奎 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期486-495,共10页

卤化铅基钙钛矿单晶(SC)X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而,铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX_(3)杂化钙钛矿具有多种结构,通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相... 卤化铅基钙钛矿单晶(SC)X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而,铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX_(3)杂化钙钛矿具有多种结构,通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中,我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展,提供了从铅基到无铅再到无金属的B位工程概述。随后,提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导,以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。 展开更多

关键词 卤化钙钛矿单晶 X射线探测器 B位工程 可穿戴电子器件

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氯化甲胺对甲胺铅溴钙钛矿单晶的钝化

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作者 陈航 林萍 +1 位作者 王朋 崔灿 《浙江理工大学学报（自然科学版）》 2023年第1期69-77,共9页

为了减少甲胺铅溴(MAPbBr3)钙钛矿单晶的表面缺陷以提高其光电性能,采用氯化甲胺(MACl)的异丙醇溶液对机械打磨后的MAPbBr_(3)单晶进行钝化。通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、时间分辨光致发光衰减谱(TRPL)、X射线衍射图谱(X... 为了减少甲胺铅溴(MAPbBr3)钙钛矿单晶的表面缺陷以提高其光电性能,采用氯化甲胺(MACl)的异丙醇溶液对机械打磨后的MAPbBr_(3)单晶进行钝化。通过扫描电子显微镜(SEM)、光致发光谱(PL)、时间分辨光致发光衰减谱(TRPL)、X射线衍射图谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外光电子能谱(UPS)对MACl钝化后的MAPbBr_(3)单晶的结构与形貌进行表征和分析;采用钝化后的单晶制备光电探测器,考察MACl钝化对MAPbBr_(3)单晶的光电性能的影响。结果表明:经MACl钝化,机械打磨后的MAPbBr_(3)单晶表面重新结晶,载流子寿命增大约4.5倍,在形貌优化的同时有效减少了单晶的表面缺陷。氯离子的引入改变了单晶表面的晶格间距与能带结构,增大了单晶与电极之间的势垒,可使暗电流减少2个数量级,光暗电流比提高1个数量级,探测率提高近5倍。MACl钝化法简易高效,成本低廉,为MAPbBr_(3)钙钛矿单晶高性能光电探测器的开发应用提供了可行性方案。 展开更多

关键词 甲胺铅溴 钙钛矿单晶 氯化甲胺 钝化 光电探测器

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钙钛矿单晶的合成研究进展 被引量：3

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作者 张汉宏 叶帅 张帆 《人工晶体学报》 EI CAS 北大核心 2020年第12期2389-2397,共9页

钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因... 钙钛矿材料优异的光电性能使钙钛矿太阳能电池成为目前发展速度最快的光伏技术之一。近期的研究发现无晶界的单晶钙钛矿薄膜拥有更低的缺陷密度、更高的载流子迁移率、更长的载流子复合寿命,并且还有较高的稳定性和更宽的光吸收范围,因此有望制备出更高效且更稳定的钙钛矿太阳能电池。本文简要介绍了单晶钙钛矿太阳电池的基本结构及其发展历程,着重介绍了有关单晶钙钛矿薄膜和块状单晶钙钛矿的制备方法,并且对不同方法制备的单晶钙钛矿太阳能电池的效率进行了比较,最后对单晶钙钛矿太阳能电池当前存在的问题以及未来发展进行了简要分析和展望。 展开更多

关键词 单晶钙钛矿 钙钛矿太阳能电池 单晶钙钛矿薄膜 块状单晶钙钛矿 制备方法

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硅油辅助法制备用于X射线探测的高质量MAPbX(I、Cl)_(3)单晶

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作者 张子明 赵一英 《核化学与放射化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期75-84,I0007,共11页

高质量大尺寸的块体单晶对研究钙钛矿材料的基本特性和高能射线探测成像有重要价值。使用硅油辅助法制备MAPbI3单晶和MAPbCl_(3)单晶,并对其光电性能和X射线探测性能进行表征。结果表明:硅油辅助法生长的单晶质量和性能比逆温生长法获... 高质量大尺寸的块体单晶对研究钙钛矿材料的基本特性和高能射线探测成像有重要价值。使用硅油辅助法制备MAPbI3单晶和MAPbCl_(3)单晶,并对其光电性能和X射线探测性能进行表征。结果表明:硅油辅助法生长的单晶质量和性能比逆温生长法获得的单晶更好,MAPbI3单晶的(110)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.011 2°,荧光寿命为1 022 ns,缺陷态密度最低达到5.61×10^(9)cm^(-3);MAPbCl_(3)单晶的(100)晶面摇摆曲线半峰宽达到0.014 3°,荧光寿命为957 ns,缺陷态密度最低达到3.57×10^(9)cm^(-3)。基于MAPbI3单晶的X射线探测器获得7 300μC/(Gy·cm^(2))的高灵敏度。上述结果表明:硅油辅助法适合于大批量生产辐射探测用的高质量钙钛矿单晶。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 晶体生长 硅油辅助法 X射线探测器

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基于(PEA)_(2)PbBr_(4)单晶的光致发光防伪织物标贴制备与性能

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作者 胡晓亭 徐磊 李楠 《现代纺织技术》 北大核心 2024年第3期81-90,共10页

为制备高效轻质的荧光防伪织物标贴,采用反溶剂气相辅助结晶法生长不同尺寸和密度的苯乙胺溴化铅((PEA)_(2)PbBr_(4))单晶,并将其旋涂封装于PVC薄膜内,与织物热轧复合,得到具有光致发光防伪功能的织物标贴;通过XRD、SEM、紫外可见光度... 为制备高效轻质的荧光防伪织物标贴,采用反溶剂气相辅助结晶法生长不同尺寸和密度的苯乙胺溴化铅((PEA)_(2)PbBr_(4))单晶,并将其旋涂封装于PVC薄膜内,与织物热轧复合,得到具有光致发光防伪功能的织物标贴;通过XRD、SEM、紫外可见光度计和瞬态荧光光谱仪等测试对单晶的结构、复合膜与织物标贴的发光特性进行分析。结果表明:采用简单温和的工艺即可有效制备晶体并调控其尺寸和密度,制作具有防伪功能的织物标贴。尺寸为5~10μm的二维结构单晶,其厚度约200 nm;通过调节邻二氯苯与N,N-二甲基甲酰胺的溶剂比例能够有效控制(PEA)_(2)PbBr_(4)单晶尺寸。当单晶尺寸约为5μm时,其分布状态、结晶性和发光性能最为优异,其复合膜的吸收峰和发射峰分别位于391 nm和414 nm处。采用超微量的单晶防伪标贴即可在365 nm紫外光的激发下发出强烈均匀的蓝紫色光,并且,用于织物防伪能够达到洗可穿及耐磨标准,实现有效的防伪功能。 展开更多

关键词 苯乙胺溴化铅 二维钙钛矿单晶 光致发光 荧光防伪 织物标贴 纺织品防伪

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基于MAPbCl_(0.7)Br_(2.3)单晶薄膜的宽带/窄带光电探测器

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作者 李世福 《科学技术创新》 2023年第9期200-203,共4页

通过空间限制逆温度结晶法制备了200μm厚度的MAPbCl_(0.7)Br_(2.3)钙钛矿单晶薄膜,所制备的基于钙钛矿单晶薄膜的探测器能够在宽带和窄带两种模式下工作。利用能量色散X射线光谱和紫外可见吸收光谱分析了钙钛矿单晶薄膜的元素含量和光... 通过空间限制逆温度结晶法制备了200μm厚度的MAPbCl_(0.7)Br_(2.3)钙钛矿单晶薄膜,所制备的基于钙钛矿单晶薄膜的探测器能够在宽带和窄带两种模式下工作。利用能量色散X射线光谱和紫外可见吸收光谱分析了钙钛矿单晶薄膜的元素含量和光学吸收特性。在顶部入射条件下,器件呈现出窄带响应特性,在505 nm处的峰值响应达到了124.5 mA/W。而在底部入射条件下,器件呈现出宽带响应特性,在500 nm处的峰值响应达到了94.7 mA/W。设计并合成具有双工作模式的钙钛矿光电探测器为钙钛矿基光电子器件的应用铺平了道路。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 光电探测器 双工作模式

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超大尺寸单晶钙钛矿晶体制备成功

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《机床与液压》 北大核心 2015年第20期44-44,共1页

由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作,利用升温析晶法,首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过71mm（2英寸）.这是世界上首次报道尺寸超过0？？5英寸的钙钛矿单晶.相关成果在线发表于《先进材料》期... 由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作,利用升温析晶法,首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体,尺寸超过71mm（2英寸）.这是世界上首次报道尺寸超过0？？5英寸的钙钛矿单晶.相关成果在线发表于《先进材料》期刊上. 展开更多

关键词 大尺寸 单晶钙钛矿 晶体制备

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1英寸CsPbCl_(3)晶体的生长及其发光性能研究

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作者 王卿 武书凡 +3 位作者 陆枳岑 钱露 潘尚可 潘建国 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第4期578-583,612,共7页

CsPbX_(3)(X=Cl^(-), Br^(-), I^(-))钙钛矿单晶具有优异的光电性能,有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小,通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl_(3)晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl_(3)晶... CsPbX_(3)(X=Cl^(-), Br^(-), I^(-))钙钛矿单晶具有优异的光电性能,有望成为下一代光电探测材料。由于CsCl在前驱体中的溶解度过小,通过低温溶液法较难生长得到CsPbCl_(3)晶体。本工作采用坩埚下降法成功生长了1英寸完整的CsPbCl_(3)晶体,并对晶体进行了一系列加工,得到了ϕ10 mm×10 mm和厚度为2 mm的单晶片。测试了晶体的X射线粉末衍射图谱、TG/DTA曲线、X射线激发发射光谱、透过光谱和低温荧光光谱。在X射线的激发下,在430和575 nm观察到两个X射线激发发射峰,晶体的透过率达到75%;光致发光(PL)强度与温度依赖性曲线中可以观察到热猝灭现象,计算得到晶体4个峰的激子结合能分别为12.59、8.21、12.41和21.59 meV。 展开更多

关键词 钙钛矿单晶 CsPbCl_(3)晶体 坩埚下降法 光学带隙 低温荧光光谱 激子结合能

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PbTiO_(3)-CdS纳米复合材料的制备及其微结构和光催化性能 被引量：1

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作者 许铭冬 李文强 +3 位作者 刘顺 章涛 来森 尹思敏 《浙江理工大学学报（自然科学版）》 2022年第3期340-347,共8页

为探究铁电表面对半导体氧化物结构和性能的影响,以单晶钙钛矿PbTiO_(3)纳米片为衬底,通过简单水热法调控CdS纳米晶的生长;通过成分设计,制备了一系列不同负载浓度的PbTiO_(3)-CdS纳米复合材料,并对其微结构和光催化性能进行了系统分析... 为探究铁电表面对半导体氧化物结构和性能的影响,以单晶钙钛矿PbTiO_(3)纳米片为衬底,通过简单水热法调控CdS纳米晶的生长;通过成分设计,制备了一系列不同负载浓度的PbTiO_(3)-CdS纳米复合材料,并对其微结构和光催化性能进行了系统分析。结果表明:在所制得的产物中,CdS纳米颗粒选择性生长在PbTiO_(3)纳米片表面,其形貌受到PbTiO_(3)纳米片暴露面的影响,PbTiO_(3)衬底与CdS纳米颗粒之间具有清晰的界面;起始反应物浓度与水热反应时间也显著影响CdS的晶体形态。光催化研究表明,所制备的PbTiO_(3)-CdS纳米复合材料对10 mg/L罗丹明B水溶液具有显著的降解效应,随着CdS负载浓度的增加,其降解效率增加,其中质量分数3%的PbTiO_(3)-CdS样品在120 min内对10 mg/L罗丹明B水溶液的降解率可以达到72%。 展开更多

关键词 CDS 单晶钙钛矿 PbTiO_(3)纳米复合材料 光催化

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