Oplossing verwerkte anorganische perovskiet flexibele fotodetectoren met hoge prestaties

Resultaten en discussie

Anti-oplosmiddelen, die vaak worden gebruikt bij de bereiding van perovskietfilms om een ​​hoogwaardige oppervlaktemorfologie te verkrijgen. Hierin hebben we een eenstaps spincoatingmethode met anti-oplosmiddel (DEE) gebruikt om de morfologie van CsPbI_3-x te verbeteren. Br_x films. Afbeelding 1 toont de SEM-afbeeldingen in bovenaanzicht van CsPbI_3-x Br_x films met of zonder DEE-behandeling. Zoals getoond in Fig. 1a, b, de CsPbI₂ Br en CsPbIBr₂ film zonder DEE-behandeling heeft enorme gaatjes en een kleine kristalkorrelgrootte. Daarentegen worden na DEE-behandeling bij de fabricage van perovskiet continue film en grotere korrels waargenomen in de SEM-afbeeldingen (Fig. 1c, d). De resultaten van SEM-beelden gaven aan dat de morfologie van de CsPbI_3-x Br_x films werd aanzienlijk verbeterd door de behandeling van DEE. Daarom werd in het daaropvolgende werk het anti-oplosmiddelbehandelingsproces toegepast om CsPbI_3-x te bereiden Br_x films.

SEM-afbeelding van de CsPbI_3-x Br_x films. een CsPbI₂ Br, b CsPbIBr₂ zonder DEE-behandeling en c CsPbI₂ Br, d CsPbIBr₂ met DEE-behandeling

Om de kristalstructuur van de bereide CsPbI_3-x . te onderzoeken Br_x films, werden XRD-patronen uitgevoerd. Zoals weergegeven in figuur 2a, geven de rode en blauwe lijnen de XRD-patronen van CsPbIBr₂ aan films en CsPbI₂ Br, respectievelijk. Het was duidelijk te zien, in de rode lijnen, de belangrijkste pieken gelegen op 14,75 °, 20,94 °, 29,96 ° en 34,93 °, die zijn toegewezen aan de (100), (110), (200) en (210) feiten van CsPbIBr₂ , respectievelijk [41,42,43]. In de blauwe lijnen zien we twee hoofdpieken gecentreerd op 14,44° en 20,3° die overeenkomen met de (100) en (200) vlakken van de zuivere CsPbI₂ Br fase [44, 45]. Bovendien, om te certificeren dat de CsPbIBr₂ en CsPbI₂ Br-films werden met succes bereid, UV-vis-absorptiecurven en Tauc-plots werden gemeten (Fig. 2b-d). Zoals weergegeven in figuur 2b, is er een kleine blauwe verschuiving zichtbaar in het absorptiespectrum van de CsPbIBr₂ film vergeleken met de CsPbI₂ Br-film, die werd toegeschreven aan het verschil in bandgap tussen CsPbI₂ Br en CsPbIBr₂ . De optische bandgap van CsPbI_3-x onderzoeken Br_x film, hebben we de energieband (bijv.) berekend volgens de reflectie en transmissie door de Tauc-plots, zoals weergegeven in Fig. 2c, d. Uit de Tauc-plots werd waargenomen dat bijv. van CsPbI₂ Br en CsPbIBr₂ waren respectievelijk 1,91 eV en 2,05 eV, wat consistent is met het vorige rapport [46,47,48,49,50]. De resultaten gaven de CsPbI_3-x . aan Br_x films werden met succes vervaardigd.

een XRD-patronen. b Absorptie van de CsPbI_3-x Br_x films. De band gap van c CsPbI₂ Br en d CsPbIBr₂

Na bevestiging van de eigenschappen van de behandelde CsPbI_3-x Br_x films, hebben we de flexibele PD's voorbereid op basis van CsPbI_3-x Br_x films. In Fig. 3a, de flexibele PD's met de apparaatstructuur van PI/Au interdigitale elektroden/CsPbI_3-x Br_x zijn getoond. Wanneer het onder een voorspanning op de perovskietlaag wordt bestraald, wordt het ladingsdragertransport gevormd in PD's, zoals weergegeven in figuur 3b. Ten slotte worden elektronen (gaten) verzameld door elektroden en door een extern circuit gecirculeerd om fotostroom te genereren. Om de prestaties van CsPbI_3-x te karakteriseren Br_x PD's, hebben we de fotostroom gemeten onder 520 nm LD-bron bij lage voorspanningen zoals weergegeven in Fig. 3c, d. Het resultaat toonde aan dat de maximale fotostroom van CsPbI₂ Br PD's en CsPbIBr₂ PD's waren hoger dan 180 μA en 120 μA bij een verlichtingsintensiteit van 8,23 mW/cm ² , respectievelijk. Belangrijk is dat de fotostroom van het apparaat werd gemeten bij een voorspanning van 10 mV. Om de reactiesnelheid van het apparaat te evalueren, hebben we de voorbijgaande fotostroom van het apparaat onderzocht. Zoals weergegeven in Fig. 3c, d, de opkomst- en vervaltijd van CsPbI₂ Br PD's worden geëxtraheerd om respectievelijk ongeveer 90 s en 110 μs te zijn. De opkomst- en vervaltijd van CsPbIBr₂ PD's bleken respectievelijk ongeveer 100 s en 140 μs te zijn. Vergeleken met dezelfde structurele apparaten die eerder werden gerapporteerd [12], toonden de resultaten aan dat het apparaat op basis van DEE-behandelde CsPbI_3-x Br_x perovskietlaag vertoonde uitstekende prestaties.

een Apparaatstructuur van de CsPbI_3-x Br_x flexibele PD's. b Schematisch diagram van ladingsdragertransport in het apparaat onder verlichting. I–t-curven van de c CsPbI₂ Br PD's en d CsPbIBr2 PD's bij 520 nm licht bij een bias van 10 mV. De stijgtijd (ton) en daaltijd (toff) van e CsPbI₂ Br PD's en f CsPbIBr₂ PD's, respectievelijk

Om de foto-elektrische kenmerken van de PD's verder te onderzoeken, werden de donkerstroom en fotostroom, responsiviteit en detectiviteit gemeten en uitgezet, zoals weergegeven in Fig. 4. Zoals getoond in Fig. 4a, b, hebben de donkere stroom- en fotostroomcurves geschatte symmetrie wanneer de spanning werd veranderd van -5 tot 5 V. Dit resultaat duidde op de vorming van een ohms contact tussen het metaal en de perovskietlaag. Doordat de contactbarrière zeer laag is voor ohms contact, kunnen dragers eenvoudig onder lage voorspanning worden overgedragen. Bij lage voorspanningen kan de CsPbI_3-x Br_x flexibele PD's hebben een hoge aan/uit-verhouding van ongeveer 10 ⁴ . Responsiviteit (R ) en detectiviteit (D *) van de PD's werden getoond in Fig. 4c, d. De afbeelding illustreerde dat de R en D * had hoge waarden bij zwak licht bij een lage bias, vooral onder 1 mW, samen met een hoge D * van 10 ¹² Jones@10 mV-bias. Zhang et al. meldde een CsPbBr₃ -gebaseerde flexibele PD's met een D * van 10 ¹⁰ Jones onder 2 V bias [12]. Ding et al. rapporteerde een rigide PD's op basis van CsPbBr₃ enkele kristallen met een D * van 10 ¹¹ Jones [51]. Daarom is de CsPbI_3-x Br_x -gebaseerde flexibele PD's die werken onder lage voorspanningen, vertonen uitstekende prestaties.

De krommen (I-V) van a CsPbI₂ Br PD's en b CsPbIBr₂ PD's voor fotostroom (520 nm LD) en donkerstroom. De responsiviteit en detectiviteit (afbeelding) van de c CsPbI₂ Br PD's en d CsPbIBr₂ PD's (520 nm LD) onder 10 mV spanning

Omgevingsstabiliteit en mechanische flexibiliteit zijn twee belangrijke factoren die de praktische toepassing van fotodetectoren op basis van perovskiet beïnvloeden. Zoals beschreven in figuur 5, werden de omgevingsstabiliteit en mechanische flexibiliteit van de PD's getest door de veranderingen in periodieke I-t-curven van het apparaat te meten. Er werd duidelijk waargenomen dat de I-t-curves van het apparaat enigszins veranderden (~ 3% afname voor CsPbI₂ Br PD's en ~ 3% afname voor CsPbIBr₂ PD's). De veranderingen in de stroomsterkte van de apparaten kunnen worden genegeerd na 30 dagen blootstelling aan omgevingsomstandigheden bij een relatieve vochtigheid van 35-45% (Fig. 5a, b). Zoals getoond in Fig. 5c, d, werd in vergelijking met de initiële periodieke I-t-curves een verwaarloosbare oscillatie waargenomen (~  2% afname voor CsPbI₂ Br PD's en ~ 3% afname voor CsPbIBr₂ PD's) nadat het apparaat honderd keer is gebogen onder de buigradius van 9,12 mm. De resultaten tonen aan dat ons apparaat een grote stabiliteit en een goede mechanische flexibiliteit heeft.

Vergelijking van de reproduceerbare I-t-curven van a CsPbI₂ Br PD's en b CsPbIBr₂ PD's worden 30 dagen in de lucht gehouden. Vergelijking van de reproduceerbare I-t-curven van c CsPbI₂ Br PD's en d CsPbIBr₂ PD's buigen 100 keer