고성능 페로브스카이트 광검출기를 위한 솔루션 처리된 삼중층 구조

초록

뛰어난 성능, 저렴한 비용, 제조 용이성, 다양한 광자 및 광전자 응용으로 인해 금속 할로겐화물 페로브스카이트는 광검출기 응용 분야에서 광범위한 관심을 끌었습니다. 현재 금속 산화물, 금속 황화물 및 2D 재료로 만든 장치는 우수한 응답성을 달성했지만 높은 암전류, 느린 응답 속도, 작은 온오프 비율 및 낮은 안정성을 보였습니다. 이러한 광검출기의 전체 성능은 만족스럽지 않습니다. 여기, 측면 페로브스카이트(CH₃ NH₃ PbBr₃ )/에탄올아민/TiO₂ (에탄올에서) 삼중층 광검출기는 고성능을 달성하도록 설계되었습니다. EA 처리는 전자 추출을 향상시키고 원하지 않는 재결합을 줄입니다. 이 3층 소자는 1.5 × 10⁻¹¹ 의 낮은 암전류로 우수한 성능을 보여줍니다. A, 2700의 높은 온-오프 비율, 1.51 × 10¹² 의 높은 광검출율 Jones, 0.13 A W⁻¹ 의 높은 반응성 , 그리고 기존의 단층 소자에 비해 높은 안정성. 이 연구는 금속 할로겐화물 페로브스카이트 광검출기의 성능을 향상시키는 방법을 제공합니다.

소개

광검출기는 광통신, 생물의학 감지 및 환경 오염 모니터링을 포함한 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다[1,2,3]. 최근 유기-무기 할로겐화납 페로브스카이트 재료는 높은 광흡수, 긴 전하 캐리어 수명 및 긴 확산 길이와 같은 탁월한 특성으로 인해 과도한 고려를 받고 있습니다 [4,5,6,7,8,9] . 이러한 특성은 유무기 페로브스카이트가 광검출기 응용 분야에 우수한 재료임을 시사한다[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. 지금까지 수직 구조는 광검출기에 널리 사용되어 왔다[22,23,24,25,26,27]. 최근 Zhang et al. 수직 구조를 사용하여 제작된 페로브스카이트 광검출기[27]. 이 기기는 우수한 조명 기능과 성능을 보여주었지만 높은 암전류(1.5nA) 문제가 있었습니다. 흥미롭게도 광검출기의 측면 구조는 전도 손실이 적고 간단하고 비용이 저렴한 제조 공정으로 인해 많은 관심을 받았습니다. 전이 금속 디칼코게나이드[28, 29], 금속 산화물[30, 31] 및 유기 재료[32, 33]와 같은 재료가 광검출기 응용 분야에 사용되었으며 그 중 페로브스카이트 재료가 많은 고려를 받았습니다. 단층 페로브스카이트 소자가 제작되었지만 낮은 온/오프 비율, 높은 암전류 및 열악한 전기적 불안정성을 나타냈다[34, 35]. 예를 들어, Ding et al. 높은 암전류, 낮은 감지율, 낮은 온오프 비율을 갖는 단층 소자를 제작하였다[35]. Wang et al.에 의해 설계된 유기 페로브스카이트 광검출기. 좋은 성능을 얻었지만 암전류가 큼(10⁻⁷ 범위) ~ 10⁻⁸ 가) [36]. Chen et al. 소자 성능을 향상시키기 위해 유기 고분자 층과 수정된 이종 접합 계면을 도입하여 이중층 페로브스카이트 광검출기를 제작했지만 여전히 소자는 큰 암전류와 낮은 검출성을 나타냅니다[37]. 그러나 낮은 탐지율(D *) 캐리어 재결합을 향상시키는 불량한 이종 접합 계면 장벽 불일치로 인해 높은 암전류가 관찰됩니다. 따라서 계면층에 적합한 재료 선택은 장치 성능에 중요합니다[33, 38]. 단결정 CH₃ NH₃ PbBr₃ 광검출기도 제작되었지만[39,40,41], 작은 온오프 비율과 높은 암전류(≈10⁻¹⁰ )로 인해 결과가 만족스럽지 않습니다. A).

캐리어 수송의 균형을 맞추고 재료 층 사이의 에너지 레벨을 일치시켜 접합 저항을 최소화하여 장치 성능을 개선하기 위해 많은 접근 방식이 적용되었습니다. 예를 들어, 금속 불화물[42], 공액 고분자 전해질[43], 극성 용매[44]는 금속 산화물(ZnO, MoO3) 사이의 에너지 장벽 불일치를 줄이기 위해 사용되었습니다. , ZrO₂ ) 및 활성층을 사용하여 광전자 장치 성능을 향상시킵니다.

본 논문에서는 원하지 않는 캐리어 재결합을 억제하면서 높은 전자 추출을 제공하는 에탄올아민의 계면 쌍극자 층을 삽입하여 측면 삼중층 페로브스카이트 광검출기를 제작했으며, 그 결과 장치의 성능이 향상되었습니다. 이 설계된 구조에서 0.5mW cm⁻² 강도의 빛 CH₃에서 흡수 NH₃ PbBr₃ 필름과 캐리어의 움직임은 알코올 TiO₂에서 개최됩니다. 영화. 알코올 TiO₂ 사이의 에너지 장벽 갭 및 CH₃ NH₃ PbBr₃ 에탄올아민 층을 도입하여 필름을 감소시킨다. 설계된 3층 광검출기는 1.5 × 10⁻¹¹ 의 낮은 암전류로 우수한 성능을 보여줍니다. A, 1.51 × 10¹² 의 광검출율 Jones, 온-오프 비율 2700, 상승 시간 0.49초, 감쇠 시간 1.17초, 선형 동적 범위(LDR) 68.6dB, 높은 환경 안정성

결과 및 토론

단일 및 삼중층 광검출기는 각각 그림 1a, b와 같이 유리 기판에 제작되었습니다. 먼저 TiO₂ (에탄올에 혼합)을 유리기판에 제작한 후 TiO₂ 위에 에탄올아민 필름을 증착 그 후, 60nm 두께의 Al 전극을 에탄올아민 필름에 섀도우 마스크를 사용하여 열 증발에 의해 증착하여 채널 너비가 2000μm이고 채널 길이가 30μm가 되었습니다. 그런 다음 MAPbBr₃ 필름은 에탄올아민(EA) 필름에 증착되었습니다(자세한 내용은 "방법/실험" 섹션 참조). 그림 1c는 삼중층 광검출기의 이미지를 보여줍니다.

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아 단층 장치. ㄴ 삼중 장치. ㄷ 3층 소자의 광학 이미지

그림 2a는 MAPbBr₃의 XRD(X선 회절) 패턴을 보여줍니다. 영화와 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 삼중 필름. MAPbBr₃의 4개 피크 및 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 15.16°, 30.32°, 46.04° 및 62.76°에서 삼층 필름이 명확하게 관찰됩니다. PbBr₂의 특징적인 피크가 없습니다. , 알코올 TiO₂ , MAPbBr₃에서 관찰된 EA /EA/TiO₂ 삼중 필름. 페로브스카이트의 높은 순도를 나타냅니다. 그림 2b는 단일 및 삼중 필름의 흡수를 나타냅니다. TiO₂ EA 필름은 흡수를 나타내지 않습니다. 모든 흡수는 단일 및 삼중 장치 모두에 대해 페로브스카이트 필름에서 수행됩니다. MAPbBr₃ 사이에는 현저한 흡수 차이가 관찰되지 않습니다. 영화 및 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 삼중 필름. 흡수 스펙트럼에서도 2.3eV의 밴드 갭이 관찰됩니다. 다른 흡수 (PbBr₂ ) 비율은 그림 2c에 나와 있습니다.

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아 MAPbBr₃의 X선 회절 패턴 영화와 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 삼중 필름. ㄴ MAPbBr₃ 영화 및 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 삼중막 흡수 스펙트럼. ㄷ 다른 비율의 PbBr₂에서의 흡수 스펙트럼

MAPbBr₃의 표면 형태 필름은 주사 전자 현미경(SEM)으로 연구되었습니다. 그림 3a와 같이 더 높은 온도에서 열처리했을 때 페로브스카이트 필름에 많은 핀 홀과 크랙이 관찰되었습니다. 핀 홀이나 균열은 비방사성 재결합 중심으로 작용하여 장치 성능에 불리한 결과를 낳기 때문입니다[45]. 반면에 페로브스카이트 필름을 75°C에서 10분 동안 열처리했을 때 큰 입자 크기로 조밀하고 균열이 없는 형태가 얻어졌습니다(그림 3b). 따라서 최적화된 어닐링 온도는 핀홀과 크랙이 없는 고결정성 필름을 얻는 데 도움이 되며, 이는 광 여기된 캐리어의 분리 및 운송 과정을 촉진할 수 있습니다[45, 46].

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조작된 MAPbBr₃의 SEM 이미지 a 처리된 필름 100°C 및 b에서 75°C에서

그림 4a–c는 알코올성 TiO₂의 밴드 에너지 다이어그램을 보여줍니다. , 에탄올아민 및 MAPbBr₃ (자외선 광전자 분광법(UPS) 측정에 의해 결정됨). 알코올 TiO₂에 대한 도달된 페르미 준위 , 에탄올아민 및 페로브스카이트는 각각 3.84, 4.35, 5eV입니다. 알코올성 TiO₂에 대해 계산된 전도대 최대값(CBM) , 에탄올아민 및 페로브스카이트는 각각 3.81, 3.62, 3.4eV입니다. MAPbBr₃의 밴드 에너지 다이어그램 /EA/TiO₂ 는 그림 4d와 같이 페로브스카이트 필름에 광생성 여기자가 형성됨을 보여줍니다. 따라서 전자와 정공은 MAPbBr₃을 통해 분리될 수 있습니다. /EA 인터페이스. 전자는 EA로 흘러간 다음 TiO₂로 떨어집니다. 필름 및 광구멍은 MAPbBr₃에 남습니다. 영화.

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a의 UPS(자외선 광전자 스펙트럼) TiO₂ 영화. ㄴ 에탄올아민 필름. ㄷ MAPbBr₃ 영화. d 에너지 밴드 다이어그램. 나 –V 최적 비율(1:1)에서 광검출기 장치의 특성:e 어두운 곳에서 f 0.50mW cm⁻² 강도의 조명 아래에서 . 지 나 –V 페로브스카이트 비율에 따른 삼중층 광검출기의 특성

그림 4e, f는 I를 나타냅니다. -V 알코올 TiO₂의 곡선 장치, MAPbBr₃ 장치 및 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 3층 장치(0.5mW cm⁻² 강도의 어두운 조명 아래서 조명 아래서 ). 1.24 × 10⁻⁸ 값의 높은 암전류 A는 알코올성 TiO₂에 대해 계산됩니다. 광전류의 값은 암전류의 값과 거의 유사합니다. 이 높은 암전류와 낮은 광전류는 5V 바이어스에서 관찰됩니다. MAPbBr₃에 의해 제작된 단층 장치 암전류 값이 1.41 × 10⁻¹⁰ 임을 보여줍니다. A 및 광전류 값은 9.95 × 10⁻⁹ 입니다. 알코올성 TiO₂보다 우수한 성능을 나타내는 A 기반 장치. 이에 비해 MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 삼중층 장치는 1.51 × 10⁻¹¹ 의 낮은 암전류를 나타냅니다. A 및 4.09 × 10⁻⁸ 의 향상된 광전류 A. MAPbBr₃ 주변에 생성된 공핍 영역 /EA 인터페이스는 MAPbBr₃에 소량의 암전류가 발생하는 이유입니다. /EA/TiO₂ 전도성 영역이 수축되고 암전류가 억제되는 3층 소자. 단층 광검출기에서는 정공과 전자가 같은 층으로 수송되기 때문에 큰 재결합이 발생합니다. 이것이 삼중층 광검출기의 광전류가 다른 단층 광검출기보다 높은 이유입니다. 삼중층 광검출기의 경우, 광 발생 전자와 정공은 이종 접합에 의해 분리됩니다. 전자는 MAPbBr₃에서 이동합니다. 필름을 EA 필름으로 만든 다음 알코올 TiO로₂ 인터페이스를 통해 영화. 이 때문에 전자가 정공에서 분리되어 캐리어 재결합이 급격히 감소하고 이로 인해 더 큰 광전류가 발생합니다. 그림 4g와 같이 기기 성능을 향상시키기 위해 서로 다른 페로브스카이트 비율을 적용했습니다. 삼중층 광검출기에 대한 최적의 페로브스카이트 비율은 1:1입니다.

반응성(R ) 및 탐지력(D ^* ) 광검출기 장치의 중요한 요소입니다. 반응성이 다음과 같이 정의되는 경우:

$$ R=\frac{I_p-{I}_d}{P_{in}} $$ (1)

나는 어디에 _p 백색광 아래의 전류를 나타내고 I _d 어둠 속에서 전류를 나타냅니다. 피 _안에 는 유효 영역(전극 채널 영역)에 대한 유효 입사광 전력을 나타냅니다[15]. 반응성(R ) 전극 채널 길이, 조명 전력 P를 줄임으로써 향상될 수 있습니다. _안에 , 바이어스 전압 증가 [30]. 식에 따르면 (1), 삼중층 광검출기 장치의 감도는 0.13A W⁻¹ 입니다. 입사 백색광 강도 0.5mW cm⁻² , 0.03 A W⁻¹ 반응성은 단층 광검출기 장치에 대해 계산됩니다. 증가된 광전류 및 억제된 암전류는 삼중층 광검출기 장치의 반응성이 향상된 이유입니다. 그림 5a는 단일 및 삼중 장치의 응답성을 보여줍니다.

<그림>

아 반응성 및 (b ) 0.5mW cm⁻² 의 광도에서 서로 다른 인가 전압에서 단일 및 삼중층 장치의 감지율 . ㄷ 스펙트럼 응답성, d 스펙트럼 탐지 및 (e ) 10.6μW cm⁻² 조명 아래에서 두 광검출기의 EQE 스펙트럼 및 5V의 바이어스

탐지율은 다음과 같이 정의됩니다.

$$ {D}^{\ast }=R\sqrt{\frac{S}{2q{I}_d}} $$ (2)

R 는 광검출기 장치의 감도, S 조명 아래의 유효 채널 영역이고 q 전자 전하를 나타냅니다(1.6 × 10⁻¹⁹ ). 다) [16]. Detectivity는 광검출기의 광감도를 나타내는 중요한 매개변수입니다. 감지율이 높다는 것은 빛 신호를 감지하는 데 있어 더 큰 감도를 의미합니다. 그림 5b는 단일 및 삼중 장치의 감지율을 보여줍니다.

식에 따르면 (2), 삼중층 장치에 대해 계산된 검출성은 1.51 × 10¹² 입니다. 존스(조도는 0.5mW cm⁻² 입니다. 및 5V의 바이어스), 1.19 × 10¹¹ 값 Jones는 단일 레이어 MAPbBr₃에 대해 계산됩니다. 장치. 3층 소자는 단층 소자에 비해 높은 검출성을 나타냅니다. 매우 높은 D * 삼중층 소자의 원인은 암전류가 매우 낮기 때문입니다.

그림 5c, d는 5V 및 10.6μW cm⁻² 조명 조명에서 단일 및 삼중층 광검출기의 스펙트럼 응답성과 검출성을 보여줍니다. . 삼중 레이어 기기는 0.33A W⁻¹ 의 높은 반응성을 나타냅니다. 4.46 × 10¹² 의 높은 탐지율 520nm 파장의 존스 단층 기기의 경우 응답도는 0.14A W⁻¹ 입니다. 탐지율은 1.9 × 10¹² 입니다. 존스. 이것은 삼중층 광검출기가 매우 약한 빛의 신호를 감지할 수 있음을 보여줍니다. 두 장치의 외부 양자 효율(EQE) 스펙트럼은 그림 5e와 같이 측정됩니다. 단층 장치의 EQE는 최대 30%, 3층 장치의 경우 5V의 바이어스에서 최대 80%로 측정되었습니다. 흡수 곡선(그림 2b)도 EQE 스펙트럼의 결과를 강화합니다.

신호 대 잡음비(SNR) 및 선형 동적 범위(LDR)는 광검출기를 특성화하는 데 더 중요한 두 가지 매개변수이며 다음과 같이 설명됩니다.

$$ \mathrm{SNR}=\frac{I_p-{I}_d}{I_d} $$ (3) $$ \mathrm{LDR}=20\mathit{\log}\frac{J_{\mathrm{light }}}{J_{\mathrm{어두운}}} $$ (4)

J _빛 및 J _어두운 는 각각 광전류 및 암전류 밀도[24]입니다. SNR은 원하는 신호(광전류)의 레벨에 대한 세부 정보를 배경 잡음(암전류)에 제공할 수 있습니다. SNR 값이 높을 때 배경 잡음이 덜 두드러집니다. 입사광 파워의 범위는 LDR로 측정할 수 있습니다. 일반적으로 데시벨(dB)로 보고됩니다. 두 광검출기의 LDR 및 SNR은 5V의 인가 전압에서 측정되었습니다. 단층 장치의 SNR은 69입니다. 삼중층 광검출기는 2700의 훨씬 더 큰 SNR을 나타냅니다. 삼중층 광검출기의 계산된 LDR은 68.6dB인 반면, 단일 레이어 광검출기, LDR은 36.9dB입니다. 향상된 반응성, 검출성, LDR 및 SNR은 단층 광검출기보다 삼중층 광검출기의 장점을 명확하게 보여줍니다.

그림 6에서는 0.5mW cm^-2 광도에서 두 광검출기의 온/오프 스위칭 특성을 측정했습니다. 및 5V의 적용된 바이어스. 두 광검출기 모두 그림 6a, c에 표시된 것처럼 우수한 온오프 스위칭 반복을 나타냅니다. 두 장치의 하나의 온-오프 사이클이 그림 6b, d에 나와 있습니다. 단층 소자의 경우 전류가 상승하여 최대값에 도달한 다음 조명 아래에서 조명이 꺼질 때까지 천천히 감소합니다. 이 현상은 단층 광검출기에서 발생하는 광 발생 전하 캐리어가 깊은 수준의 방출 지점에서 재결합하기 때문에 시간이 지남에 따라 광전류가 감소하기 때문입니다. 삼중층 페로브스카이트 광검출기의 경우 전류가 매우 빠르게 상승하여 최대값에 도달한 다음 조명이 꺼질 때까지 조명 아래에서 안정적으로 유지됩니다. 이 현상은 깊은 수준의 방출 사이트가 광 생성 전하 캐리어에 많은 영향을 미치지 않기 때문에 발생합니다[38]. 계산된 온-오프 비율은 단층 광검출기 장치에 대해 70이었고 측정된 상승/감쇠 시간은 0.72/1.72초입니다. 3층 장치의 경우 온-오프 비율은 2700이고 상승/감쇠 시간은 0.49/1.17초입니다. 삼중층 광검출기 소자의 상승/감쇠 시간은 전자 및 정공 생성 및 재결합 현상이 더 빠르기 때문에 단층 광검출기 소자에 비해 짧습니다. 광전류가 최대값의 90%에 도달하는 데 필요한 시간을 상승 시간이라고 하고 광전류가 최대값의 10%까지 떨어지는 데 필요한 시간을 감쇠 시간이라고 합니다[17]. 기존 반도체에서는 상승 시간과 감쇠 시간의 값이 크며 이는 트랩이 오래 지속되기 때문입니다. 접합부 주변의 전하 캐리어의 분리 및 재결합은 높은 온오프 비율, 향상된 반응성, 높은 검출성 및 높은 LDR의 이유입니다[3, 30]. 이것이 삼중층 광검출 소자의 상승 시간과 감쇠 시간이 더 짧은 이유입니다.

<그림>

의 켜기/끄기 전환 특성 , b 단일 레이어(MAPbBr₃ ) 광검출기. ㄷ , d 삼중층 광검출기(조도 0.5mW cm⁻² 이하) 및 5V의 적용된 바이어스)

마지막으로 삼중층 광검출기의 환경 안정성을 조사하기 위해 샘플을 상대 습도 30~40%의 주변 환경에 배치했습니다. 흡수 및 XRD는 각각 그림 7a, b와 같이 안정성에 대해 측정되었습니다. 30일 후 흡수 스펙트럼에서 특별한 변화는 관찰되지 않았습니다. XRD 패턴은 30일 후에 거의 동일했습니다. 환경에 의한 추가적인 특성 피크는 관찰되지 않았다. 그것은 우리의 페로브스카이트 필름의 높은 안정성을 보여줍니다. 암흑 및 광전류(0.5mW cm⁻² 백색광 강도에서 ) 그림 7c와 같이 30일 후에도 거의 동일하게 유지됩니다. 3층 광검출기 장치는 거의 안정적인 광전류를 보여 장치가 안정적이고 주변 환경의 영향을 덜 받는다는 것을 나타냅니다.

<그림>

아 가시 흡수 스펙트럼. ㄴ XRD 스펙트럼. ㄷ 나 –V 주변 환경에서 30일 후 만들어진 삼중층 광검출기의 곡선(백색광 강도 0.5mW cm⁻² ) )

D의 전반적인 성능 * / 1.51 × 10¹² Jones, 온오프 비율 2700, 상승 및 감쇠 시간 0.49/1.17초, LDR 68.6dB, EQE 최대 80%는 3층 장치에 의해 달성되어 3층 광검출기 장치의 고성능을 보여줍니다. 페로브스카이트, EA 및 알코올 TiO₂ 간의 우수한 인터페이스로 인해 , 검출기의 우수한 성능이 얻어진다. 표 1은 기존 금속 할로겐화물 페로브스카이트 광검출기의 결과를 보여줍니다.

SnO₂ 기반 페로브스카이트 광검출기 또한 매우 낮은 온오프율과 높은 암전류로 인해 광검출기의 성능이 그림 8a와 같이 만족스럽지 못하였다. 이 모든 것은 에너지 레벨 불일치로 인해 발생했습니다[47]. 또한 페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PCBM)와 PCBM:PMMA 혼합물을 전자 수송층으로 사용하여 페로브스카이트 광검출기를 제작했지만 이러한 장치의 성능은 SnO₂보다 훨씬 나빴습니다. - 각각 그림 8b, c와 같은 기반 장치. 적절한 전자 수송층(ETL)을 선택하는 것은 실험에서 분명히 알 수 있듯이 광검출기의 우수한 성능을 달성하는 데 매우 중요합니다. Ag 전극이 있는 3층 광검출기 소자도 제작되었지만 이러한 소자의 성능은 그림 8d와 같이 높은 암전류와 낮은 광전류로 인해 만족스럽지 못했습니다.

<사진>

나 –V 곡선. 아 페로브스카이트/EA/SnO₂ 장치. ㄴ 페로브스카이트/EA/PCBM 장치. ㄷ 페로브스카이트/EA/PCBM:PMMA 장치. d 페로브스카이트/EA/TiO₂ Ag 전극이 있는 장치

방법/실험

자료 준비

PbBr₂ 및 CH₃ NH₃ Br은 Xi'an Polymer Light Technology Corporation에서 구입했습니다. DMF, DMSO, 에탄올아민 및 2-메톡시에탄올은 Alfa Aesar에서 구입했으며 TiO₂ 에탄올에 용해되는 10%(30nm 입자 크기)는 InnoChem에서 구입했습니다. 모든 재료는 추가 정제 없이 사용되었습니다. 기판으로 사용된 유리 슬라이드는 SAIL BRAND에서 제조되었습니다.

TiO₂ 알코올

TiO₂ 다양한 농도의 에탄올(부피비 1:16)에 혼합하였다. 50μL TiO₂ 800μL 에탄올에 녹이고 실온에서 1시간 동안 교반합니다. 컴팩트 TiO₂의 캐리어 블로킹 현상으로 인해 , 그것은 좋은 전자 수송층으로 사용될 수 없다[48]. 그래서 TiO₂ 알코올에 혼합된 것을 ETL로 사용했습니다.

에탄올아민

EA와 2-methoxyethanol 혼합물은 이전에 보고된 방법을 사용하여 합성되었다[49]. 에탄올아민 3%wt 비율을 2-메톡시에탄올에 혼합하여 용액 혼합물을 제조하였다.

페로브스카이트

CH₃의 1M 솔루션 NH₃ PbBr₃ CH₃ NH₃ Br 및 PbBr₂ 디메틸설폭사이드(DMSO)와 N의 혼합물에서 1:1(중량 기준) ,N -디메틸포름아미드(DMF)를 1:4(부피 기준)로 만든 다음 70°C의 온도에서 밤새 교반했습니다.

기기 제작

유리 기판을 세제, 탈이온수, 이소프로필 알코올 및 아세톤 용매로 각각 20분 동안 세척한 다음 N₂로 건조했습니다. 공기, 그리고 마침내 O₂에 의해 청소되었습니다 기판에 남아 있는 입자를 제거하기 위해 15분 동안 플라즈마. 먼저 유리 기판을 알코올성 TiO₂로 스핀 코팅했습니다. 주변 환경에서 4000rpm의 속도로 30초 동안 가열한 다음 150°C에서 30분 동안 어닐링합니다. 그 후, 2-methoxyethanol에 EA가 TiO₂에 증착되었습니다. 주변 환경에서 40초 동안 3000rpm의 속도로 필름을 만든 다음 130°C에서 10분 동안 어닐링합니다. 그런 다음, 60nm 두께의 Al(알루미늄) 전극을 열 증발에 의해 EA 필름에 증착했습니다. 섀도우 마스크의 채널 너비는 2000μm이고 섀도우 마스크의 채널 길이는 30μm입니다. 마지막으로 MAPbBr₃ 용액을 2단계 방법으로 EA 필름에 스핀 코팅하여 제조 공정을 완료했습니다. 첫 번째 단계에서는 용액을 1000rpm의 속도로 10초 동안 스핀 코팅한 다음 5000rpm의 속도로 30초 동안 스핀 코팅했습니다. 두 번째 단계에서 스핀 코팅이 끝나기 22초 전에 50μL의 톨루엔을 방적 기판에 떨어뜨렸습니다.

특성화

Keithley 4200은 실온의 주변 환경에서 전기적 특성을 측정하는 데 사용되었습니다. XZ-150WA 냉광 조명기는 백색광 소스로 사용되었습니다. 백색광을 사용하기 전에 모노실리콘 검출기로 빛의 세기를 측정하였다. Newport Oriel 200은 단색 광원으로 사용되었습니다. SEM(Hitachi S-4800)을 사용하여 필름의 표면 이미지와 형태를 특성화했습니다. JASCO V-570 분광 광도계를 사용하여 흡수 스펙트럼을 기록했습니다. 여과되지 않은 He I(21.22eV) 가스 방전 램프가 있는 KRATOS AXIS ULTRA DLD 광전자 분광법 시스템을 사용하여 UPS 분석을 기록했습니다. Cu K가 있는 Rifaku D/MAX-2004 XRD 방사선($ \lambda =1.54178\ \mathrm{\AA} $)은 60mA 및 40kV에서 작동하는 필름의 위상 식별을 연구하는 데 사용되었습니다.

결론

결론적으로 페로브스카이트/EA/TiO₂ 삼중층 광검출기가 설계 및 제작되었습니다. 3층 광검출기 소자에서는 이종접합이 형성되어 암전류가 크게 감소합니다. EA 필름과 알코올성 TiO₂ 필름을 사용하여 페로브스카이트/EA/TiO₂를 제작했습니다. 삼중층 광검출기 장치. 이러한 유형의 디자인에서 빛은 페로브스카이트 필름에서 흡수되고 광전자는 알코올성 TiO₂에서 수송됩니다. 필름과 EA는 에너지 장벽 불일치를 줄이고 광전자 추출을 향상시키는 역할을 합니다. 빛을 비추면 이종접합을 통해 전하 캐리어가 분리됩니다. 전자는 EA 층으로 이동한 다음 알코올성 TiO₂로 이동 및 전송됩니다. , 구멍은 페로브스카이트 층에 남아 있습니다. 그 결과 전하 캐리어의 재결합이 억제되고 광전류가 향상됩니다. 3중 장치의 전체 성능은 D를 나타냅니다. * / 1.51 × 10¹² 존스, 온오프 비율 2700, R 0.13 A W⁻¹ , 상승 및 감쇠 시간은 0.49/1.17초, LDR은 68.6dB입니다. MAPbBr₃ /EA/TiO₂ 광검출기 소자는 단결정 기반 소자 및 2차원 물질 기반 소자에 비해 전체적인 성능이 매우 높다. 주변 환경에서 삼중층 장치의 안정성은 미래의 광전자 장치에서 높은 중요성을 보여줍니다. 수정된 계면층과 전자 수송층은 캐리어 재결합을 크게 억제하고 페로브스카이트 광검출기 장치의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이 접근 방식은 이종 접합 수정을 통해 장치 성능을 개선하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.