基于Ⅱ型能带的全无机钙钛矿异质结制备及光电性能研究

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卤化铅钙钛矿凭借可调节的直接带隙、长载流子寿命、大的光吸收系数、高载流子迁移率等优势,在光电探测领域备受关注。目前,基于钙钛矿光电探测器的研究已经取得一系列重大的进展,然而单一结构的钙钛矿探测器难以满足当前多功能、高集成的实际需求。而异质结构作为一种结合两种或两种以上禁带宽度不同的半导体材料的结构,不仅能够获得多种材料的性能优势,还突破了单一结构钙钛矿材料的局限性。本文以Ⅱ型能带异质结构为基础,将全无机卤化铅钙钛矿材料和金属氧化物材料相结合,实现了CsPbBr3/SnO2异质结光电探测器的制备和光电性能研究。本文围绕钙钛矿光电探测器的制备及光电性能研究展开,主要开展了以下三方面的工作:首先,以CsPbBr3薄膜为研究对象,进行材料最佳生长参数及性能研究。讨论了两步沉积工艺制备的CsPbBr3薄膜的材料结构以及电学和光学特性。通过光致发光光谱(PL)确定制备CsPbBr3薄膜的最佳参数是:以2000 rpm的速度旋涂30 s,在80℃下退火5分钟。同时,制备出单一金属/半导体CsPbBr3光电探测器。在3 V偏压为下、入射光为447 nm,器件的响应度为2.71×10-2 m A/W,探测率为1.04×10~7 Jones。其次,以SnO2薄膜为研究对象,开展材料后处理和性能研究。利用原子层沉积技术(ALD)制备氧化锡薄膜。通过在空气环境条件下对薄膜进行退火处理,以此对晶体质量和电荷输运进行调控。选择了300、400、500和600℃四个温度段进行了退火处理,来研究不同的退火温度对薄膜晶体质量和电荷输运的影响。通过研究发现,适当的退火处理能够改善薄膜质量和电荷输运。此外,研究发现退火处理能够钝化氧化锡薄膜的表面态、改善质量,本实验的最佳退火温度是500℃。最后,在上述研究的基础上,我们利用界面工程将氧化锡与钙钛矿组合在一起构建Ⅱ型异质结。通过将不同温度处理后的氧化锡薄膜分别与钙钛矿材料结合在一起,得到不同晶体质量的薄膜在界面处载流子传输的变化,同时能够验证氧化锡材料的改善。并选择了未退火(0℃)和500℃退火处理后的氧化锡薄膜,分别与CsPbBr3薄膜组合,制备出D0和D500两组光电探测器。在3 V偏压为下、入射光为447 nm,两组器件的响应度分别为4.8 m A/W和46 m A/W,探测率分别为5.8×10~7Jones和2.4×10~8 Jones。
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