自驱动无机钙钛矿微晶光电探测器

钙钛矿微晶薄膜具有较高的载流子迁移率和较低的陷阱态密度，是光电探测器的理想活性材料。近日，湖北大学的王浩教授（点击查看介绍）课题组与美国托莱多大学的Yanfa Yan教授（点击查看介绍）课题组联合通过改进的方法，制备了高性能的、具有较薄厚度的CsPbBr₃钙钛矿微晶光电探测器。

近年来，由于有机-无机金属卤化物钙钛矿超快的电荷产生速率、高的吸收系数、良好的缺陷容忍度以及较大的载流子迁移率等，被广泛应用于高性能太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光器等领域。然而，由于有机-无机金属卤化物钙钛矿的阳离子在氧气和湿气中的不稳定性，阻碍了其商业化前景。全无机CsPbX₃（X = Cl、Br和I）钙钛矿材料因其较高的热稳定性而引起人们极大的兴趣。但是全无机钙钛矿多晶薄膜载流子迁移率较低（<10 cm² V^-1 s^-1），薄膜中的陷阱态密度较高（〜10¹⁴ cm^-3），因此其钙钛矿探测器的响应度与线性动态范围较小。单晶钙钛矿器件由于具有更高的载流子迁移率（>100 cm² V^-1 s^-1）与较低的陷阱态密度(10¹⁰ cm^-3)，可以实现较高的响应度和线性动态范围，但是制备大面积的、较薄厚度的钙钛矿单晶是一个极大的挑战。钙钛矿微晶薄膜的制备工艺简单，且能够大面积的制备，同时具有较高的载流子迁移率（>100 cm² V^-1 s^-1）和较低的陷阱态密度（〜10¹² cm^-3），成为很好的替代产品。许多课题组对其做了详细的研究并获得了不错的成果。然而，目前报道的光电探测器都是基于金属-半导体-金属（MSM）结构，难于实现高性能的自驱动探测；同时，很难获得较薄厚度的钙钛矿微晶薄膜。基于此，王浩教授课题组与托莱多大学Yanfa Yan教授课题组合作，利用改进的实验方法，成功制备了较薄厚度（几乎单层的微米晶）的CsPbBr₃ 微米晶薄膜，并成功构筑了高性能的自驱动光电探测器。

通过改性的方法，制备的钙钛矿微米晶的尺寸在10微米左右，其器件零偏压下的响应度达到0.172 A W⁻¹，探测度为4.8 ×10¹² Jones，开关比高达1.3 × 10⁵，同时器件的线性动态范围达到113 dB，这些结果高于钙钛矿多晶薄膜器件并与多数单晶钙钛矿探测器性能相当。

该成果2018年发表在J. Phys. Chem. Lett. 上，文章的第一作者为湖北大学周海副教授、王浩教授与Yanfa Yan教授为共同通讯作者。

该论文作者为：Hai Zhou, Junpeng Zeng, Zhaoning Song, Corey R. Grice, Cong Chen, Zehao Song, Dewei Zhao, Hao Wang, and Yanfa Yan

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Self-Powered All-Inorganic Perovskite Microcrystal Photodetectors with High Detectivity

J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, 2043–2048, DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b00700

周海博士简介

周海，湖北大学物电学院副教授。2012年于武汉大学获得博士学位，2012年就职于湖北大学，2017年至2018年在美国托莱多大学任访问学者。研究领域包括宽禁带半导体、钙钛矿等材料与器件的制备、光电性能与应用。在相关领域发表SCI论文20余篇，包括以第一或者通讯作者发表的J. Phys. Chem. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、ACS Photonics、J. Mater. Chem. C 等。

王浩教授简介

王浩，湖北省"楚天学者计划"特聘教授，湖北省新世纪高层次人才工程第一层次人选、省有突出贡献中青年专家，现任湖北大学二级教授、博士生导师。1989、1994年获华中科技大学工学学士、博士学位，1994-2002年在北京大学、香港中文大学从事博士后研究，2002年任上海交通大学教授，2010年任剑桥大学高级研究员，法国国家科学研究中心、德国马普固体研究所、瑞典皇家理工学院、芬兰阿尔托大学、香港中文大学、台湾中山大学访问教授。兼任中国仪表功能材料学会副理事长，中国稀土学会固体科学与新材料专委会委员，中国金属学会功能材料分会委员，《Materials Focus》、《Frontiers in Energy Research》、《材料导报》编委。主要从事光伏与光电探测器、阻变存储器、氢能与超级电容器、磁性材料等研究，主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金（7项）等项目，以第一或通讯作者在Adv. Energy Mater.、ACS Nano、Nano Energy、Chem. Mater.、J. Phys. Chem. Lett. 等发表SCI论文150余篇，ESI高被引论文5篇，SCI他引2000余次。授权发明专利22项，获湖北省自然科学二等奖、中国电子学会二等奖，国际学术会议特邀报告20余次。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49755