王浩：自驱动无机钙钛矿微晶光电探测器

shiziwo

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课题组与美国托莱多大学的Yanfa Yan教授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-1s-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。

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

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