纳米成核点辅助结晶对钙钛矿光电探测器性能的影响

有机无机杂化钙钛矿材料因具有可调节的带隙宽度、优异的载流子传输性能、可低温溶液法制备等优点,近年来在光电器件的应用研究上受到了广泛的关注.对于平面光电导型探测器,电荷在两电极之间需横穿钙钛矿层,由于钙钛矿晶体的形成能较低,在晶界和薄膜表面易产生缺陷,光生载流子被缺陷阻挡而加剧激子的非辐射复合,造成器件光电性能下降.本文通过在钙钛矿界面层下方引入微量的氧化石墨烯纳米片作为钙钛矿晶体的有效成核点,使得钙钛矿晶体可依附于氧化石墨烯形核,降低钙钛矿晶体成核势垒的同时与钙钛矿形成铅-氧键,最终获得晶体颗粒增大、晶界数量减少、薄膜致密的钙钛矿层.由于氧化石墨烯在玻璃基底上的含量极低,大片玻璃基底裸露并与钙钛矿直接接触,因此钙钛矿层应视为制备在玻璃基底上.在氧化石墨烯纳米片的影响下钙钛矿与玻璃基底的接触更为紧密,有效降低界面间的激子非辐射复合概率,提高了界面间电荷传输性能.最终,在氧化石墨烯纳米片最优制备参数的影响下,钙钛矿光电探测器光电流相比空白对照器件提高了1个数量级,在3 V偏压下的开关电流比为5.22×10^(3),并且最优的光电探测器的光响应速度明显提高,上升时间为9.6 ms,下降时间为6.6 ms.

缺陷对全无机钙钛矿太阳能电池性能的影响

利用一维太阳能电池仿真软件SCAPS对全无机钙钛矿太阳能电池中缺陷对器件性能的影响进行了研究。研究表明,在ITO/SnO_(2)/CsPbI_(3)/CuI/Au电池中,CuI/CsPbI_(3)界面和CsPbI_(3)光活性层缺陷密度对器件的性能具有较大影响。随着缺陷密度增大,器件的开路电压、短路电流、填充因子和光电转化效率均减小,尤其是当缺陷密度大于10^(15)cm^(-3)后,器件性能显著下降。相反地,CsPbI_(3)/SnO_(2)界面缺陷对器件性能无显著影响。通过优化器件的缺陷密度、光活性层的厚度和受主掺杂浓度,全无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率可以达到20%以上。

2D/3D混合Sn基钙钛矿/SnO_(2)异质结光探测器

制备了平面结构2D/3D混合钙钛矿(PEA)_(0.15)FA_(0.85)SnI_(3)/SnO_(2)异质结光探测器。研究发现,SnO_(2)薄膜的引入可以调控(PEA)_(0.15)FA_(0.85)SnI_(3)薄膜的晶体生长过程,有助于获得致密的连续薄膜。在520 nm单色光辐照下,器件的响应度高达3.19×10^(5) A/W,相应的探测率为6.39×10^(15) Jones。在808 nm单色光辐照下,器件的响应度和探测器率也可分别达到1.70×10^(4) A/W和7.28×10^(13) Jones。相关性能明显高于(PEA)_(0.15)FA_(0.85)SnI_(3)单层薄膜光探测器。器件性能的提高一方面是由于钙钛矿薄膜表面形貌的改善,提高了器件的吸收效率和载流子收集效率;另一方面是由于(PEA)_(0.15)FA_(0.85)SnI_(3)和SnO_(2)之间形成了p-n结结构,从而有效提高了钙钛矿薄膜中的光生电子-空穴对的分离效率,降低了电子和空穴的复合几率。同时,(PEA)_(0.15)FA_(0.85)SnI_(3)/SnO_(2)界面处特殊的能级结构也可诱导器件产生光电导增益。