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吉大宋宏偉&大連民大徐文 LPR：鈣鈦礦薄膜用作高效光電探測器，無鉛！| 前沿用戶報道
01 成果概述
吉林大學(xué)宋宏偉教授與大連民族大學(xué)徐文教授在無鉛鈣鈦礦光電探測器開發(fā)與制備中取得重要進展。該研究工作基于無鉛Cs2AgBiBr6鈣鈦礦薄膜，通過引入Na+，Ce3+共摻雜和Ag 納米薄膜協(xié)同作用，制備出了高靈敏度，穩(wěn)定及快響應(yīng)時間的無鉛鈣鈦礦光電探測器，為該類型光電探測器進一步研究開辟了新的路徑。
光電探測器即將光信號轉(zhuǎn)換為電信號是光電器件的核心部件，在成像、監(jiān)控、傳感等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。溶液處理的金屬鉛鹵化物鈣鈦礦由于具有大的吸收系數(shù)、長的載流子擴散長度、高載流子遷移率和一定程度的缺陷容忍，已經(jīng)被作為制備高靈敏度和快速響應(yīng)光電探測器的光吸收層材料。然而，對于鉛基鈣鈦礦而言兩個重要問題制約著其向商業(yè)化的進一步發(fā)展，即Pb2+毒性問題和材料穩(wěn)定性問題。同時，其對紫外-藍光區(qū)域響應(yīng)靈敏度較低。
針對以上問題，吉林大學(xué)宋宏偉教授和大連民族大學(xué)徐文教授合作制備得到無鉛Cs2AgBiBr6鈣鈦礦薄膜，解決了Pb2+毒性問題。同時，將Na+，Ce3+共摻雜Cs2AgBiBr6鈣鈦礦薄膜中，減少了薄膜缺陷態(tài)密度，提高了載流子遷移率。另外，引入Ag納米薄膜在器件中，由于其具有表面等離子效應(yīng)，而且提供了電荷轉(zhuǎn)移通道，減少了界面處電荷損失，提高器件光電性能。最終，基于Cs2AgBiBr6：Na+，Ce3+/Ag 復(fù)合薄膜制備到的無鉛鈣鈦礦光電探測器，在460nm處探測率為1.34×1012Jones，同時具有較好的長時穩(wěn)定性和紫外光照穩(wěn)定性。
圖(a)光電探測器結(jié)構(gòu)示意圖；(b)Cs2AgBiBr6：Na+，Ce3+晶體結(jié)構(gòu)圖；(c)Ag 納米薄膜形貌結(jié)構(gòu)圖；(d)光電探測器截面形貌圖；(e)Cs2AgBiBr6 和 Cs2AgBiBr6:Na+, Ce3+ 薄膜紫外光電子能譜圖；(f)在波長460nm下，通過FDTD模擬Ag納米顆粒周圍電場分布；(g)光電探測器能級分布圖。
02 作者簡介
該論文第一作者為吉林大學(xué)博士生丁楠，同時河南大學(xué)潘根才副教授也參與了該工作。相關(guān)工作在線發(fā)表在光學(xué)頂級期刊Laser Photonics Reviews，同時該工作得到了國家自然科學(xué)基金(62175025, 11974143, U1801253, 51788104 )和大連市杰出青年基金(2021RJ07 )及吉林省自然科學(xué)基金(20200201252JC )的支持。
儀器推薦
本文中鈣鈦礦薄膜可采用FluoroMax+測試，滿足穩(wěn)態(tài)光譜，并可擴展?jié)M足熒光壽命、量子產(chǎn)率等測試需求，在測試中可滿足氣氛保護，配合固體樣品支架自聚焦，角度可調(diào)減少雜散光。納秒級壽命可采用DeltaDiode光源測試，高能量、窄脈寬，確保快速穩(wěn)定測試。
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