刘明侦教授团队在《先进科学》上发表研究成果

文:材料学院 / 来源:材料学院 / 2020-04-28 / 点击量:7454

  近日,材料与能源学院刘明侦教授团队在国际著名期刊Advanced Science(《先进科学》)上发表题为“Vapor-Deposited Cs2AgBiCl6 Double Perovskite Films toward Highly Selective and Stable Ultraviolet Photodetector”(蒸镀Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜应用于高选择性且稳定的紫外光电探测器)的研究论文。材料与能源学院为论文第一通讯单位,硕士研究生王铭为第一作者,刘明侦教授为本文唯一通讯作者。

1.jpg

图一 Cs2AgBiCl6双钙钛矿晶体结构、分步蒸镀示意图以及薄膜化学组分、结晶性和微观形貌表征

  光电探测器在工业和国防领域应用广泛。钙钛矿光电探测器由于其优越的光电性能、低廉的制造成本,展现出与硅探测器、Ⅱ-Ⅵ和Ⅲ-Ⅴ族半导体探测器相媲美的性能。传统的钙钛矿半导体材料(例如(CH3NH3)PbI3)受限于较窄的可见光吸收带边,对紫外波段没有特征响应。新型的全无机双钙钛矿材料,A2B(I)B’(Ⅲ)X6(晶体结构如图一所示),通过异价置换的方式,采用三价和一价阳离子替换两个铅离子,极大拓展了材料的光电响应波段。其中,Cs2AgBiCl6具备优异的紫外吸收性能以及较长的载流子扩散长度,非常适合于制备紫外探测器件。但是,目前Cs2AgBiCl6双钙钛矿材料的合成仍然限制在粉末、单晶和纳米晶结构上,缺乏薄膜制备方法以及进一步对其紫外探测性能的研究,这阻碍了双钙钛矿光电器件的发展。

  在该论文中,研究者采用分步蒸镀法制备了化学计量比平衡、高结晶性以及形貌均匀平整的Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜,并且进一步制备了具有高选择性紫外响应的稳定紫外光电探测器。图一描述了Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜的制备过程、晶体形貌特征。研究人员精细地调控CsCl、BiCl3和AgCl蒸发源的沉积比例,同时系统探究薄膜退火温度、薄膜结晶性和薄膜表面形貌三者的相互作用关系,获得了致密均匀、结晶性高的Cs2AgBiCl6双钙钛矿薄膜。进一步,优化电子与空穴传输层层,制备了紫外光电探测器。如图二所示,器件展现出在紫外光UV-A区域的高选择性探测性能(探测波长370nm,半高宽为67 nm),响应度达到10 mA·W-1,探测率达到1012 Jones,并且器件具有良好的光强线性响应性能。该工作制备的Cs2AgBiCl6双钙钛矿紫外探测器,其性能超过了目前先进的TiO2、SnO2和GaN等紫外探测器,奠定了双钙钛矿光电器件未来的发展基础。

2.jpg

图二 Cs2AgBiCl6双钙钛矿紫外探测器件结构示意图以及紫外响应度、探测率和线性响应性能

  Advanced Science刊登的研究成果涉及材料科学、物理化学、生命科学以及工程方面,报告领域内取得的重大进展。刘明侦教授团队主要从事新能源材料及光电子器件研究,主要研究方向有高效率有机-无机杂化、全无机、无铅钙钛矿太阳能电池以及钙钛矿发光和探测器器件的研发与应用。近年来,该团队已在ACS Energy Letters, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry A等国际著名期刊上发表多篇论文。该工作特别受到了“四川省青年科技创新研究团队”专项计划的资助。


  论文链接:

  https://doi.org/10.1002/advs.201903662

  团队主页链接:

  http://optoelectronics.uestc.edu.cn/




编辑:林坤  / 审核:林坤  / 发布者:陈伟