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J. Phys. Chem. Lett. | 可寻址钙钛矿膜薄膜阵列

英文原题:Fabrication of Addressable Perovskite Film Arrays for High-Performance Photodetection and Real-Time Image Sensing Application

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通讯作者:吴春艳,罗林保,合肥工业大学

作者:Bin Wang, Chao Zhang, Bin Zeng, Chun-Yan Wu, Chao Xie, Di Wu, Yu-Xue Zhou, Lin-Bao Luo


金属卤化物钙钛矿材料由于较宽波长范围内(300-800 nm)的高吸收系数、高载流子迁移率、较长的扩散长度以及易于规模化的低温液相合成方法等特点,在高性能光电探测领域备受瞩目。随着钙钛矿材料在集成光电子器件如人工眼、电子皮肤、相机组件等器件中的实际应用,其形状、位置精确可控的图案化生长越来越重要。目前钙钛矿材料的图案化通常需使用先进的仪器设备、复杂的模板和工艺过程或昂贵的有机物分子,这在一定程度上阻碍了其应用化进展,因而仍需探求一种简易可行、成本经济、普适的钙钛矿阵列图案化生长方法。


快讯亮点 

(1) 通过PDMS印章中未交联的低聚物分子扩散到与之紧密接触的衬底上,形成图案化的、纳米级厚度的疏水层,可以有效应用于通过旋涂法实现钙钛矿薄膜阵列的图案化生长。PDMS印章可重复使用,进一步降低了图案化生长的成本。

(2) 在预先沉积金属电极的衬底上压印PDMS印章,图案化生长MAPbI3钙钛矿薄膜阵列,制备了8×8可寻址光电探测器阵列,并成功应用于实时成像系统。


内容介绍

PDMS印章中,不可避免的存在着未交联的低聚物分子。当与衬底接触时,PDMS印章中的低聚物分子将扩散到印章表面,并转移到衬底上,形成良好的疏水层,为图案化生长钙钛矿薄膜材料提供了一种简易可行的方法。这一方法具有良好的普适性,可用于SiO2/Si、FTO、ITO、氟金云母等不同衬底上、不同大小和形状的不同钙钛矿材料薄膜阵列的图案化生长。阵列各像素点具有良好的均匀性和光电探测性能,以MAPbI3钙钛矿薄膜阵列为例,660 nm光照下(光强:4.57 µW cm−2),其光电探测响应度为2.83 A W−1, 比探测率为5.4×1012 Jones,并具有较快的响应速度(响应/恢复速度分别为52.7/57.1 μs),为追踪快速移动的光学信号和实时成像提供了可能。

图1. MAPbI3薄膜阵列光电特性表征。


随后,作者在衬底上预先沉积可寻址的金属电极,利用光学对准系统,将PDMS印章准确压印在相应区域,实现特定区域的疏水化处理,旋涂、退火,制备了8×8可寻址MAPbI3钙钛矿薄膜光电探测器阵列。通过打线键合,将阵列器件键合到PCB板上,利用自行设计的数据采集系统,在白光、可见-近红外波长范围均成功实现了高分辨率的实时图像传感。尽管受限于读出电路的延迟,成像时间约需1 s,像素单元的大小也仍有待于进一步减小,这一图案化生长的方法推动了钙钛矿薄膜阵列在可见光实时成像和视频拍摄领域的应用。

图2. (a) 8×8可寻址钙钛矿光电探测器阵列实时成像系统示意图。(b) 键合到PCB板上的钙钛矿探测器阵列的照片。(c) 图(b)中红线部分电极的SEM照片。(d) 分别在白光、蓝光、红光、近红外光照下实时成像的结果展示。


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J. Phys. Chem. Lett. 2021, 12, 2930–2936

Publication Date: March 16, 2021

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c00521 

Copyright © 2021 American Chemical Society


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