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基于膠體球刻蝕法的鈣鈦礦納米網(wǎng)光電探測(cè)器

來源: X-MOL 2017-06-16 13:52:58

有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其吸光系數(shù)高、載流子擴(kuò)散距離長(zhǎng)等諸多優(yōu)異的光電性質(zhì)而受到極為廣泛的關(guān)注，迄今已在太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管和光電探測(cè)器等光電器件領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。其中，以這類鈣鈦礦材料構(gòu)筑的光電探測(cè)器具有響應(yīng)度高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，引起人們的高度重視。由于材料的形貌、構(gòu)造及結(jié)晶狀況對(duì)于器件性能起到關(guān)鍵作用，如何通過鈣鈦礦材料的形貌和結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)與調(diào)控來實(shí)現(xiàn)其光電探測(cè)性能的提升是人們面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

北京大學(xué)齊利民教授（點(diǎn)擊查看介紹）課題組近年來利用基于單層膠體晶體（MCC）模板的膠體球刻蝕法實(shí)現(xiàn)了一系列功能性二維有序微納米結(jié)構(gòu)陣列的大面積可控制備，并探索了其在光子晶體傳感器、等離激元納米陣列、光電化學(xué)分解水、微透鏡陣列等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。最近，他們成功地將膠體球刻蝕法拓展至有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦納米陣列結(jié)構(gòu)的可控制備，獲得了基于CH3NH3PbI3納米網(wǎng)的高性能光電探測(cè)器。他們通過簡(jiǎn)便易行的旋涂方法在硅基底上制備了大面積規(guī)整有序的CH3NH3PbI3納米網(wǎng)，它呈現(xiàn)為底部通透的納米碗陣列結(jié)構(gòu)（孔徑 ~1 μm），具有良好的結(jié)晶度，垂直方向的晶粒尺寸與納米網(wǎng)的厚度相當(dāng)（~ 550 nm）。若將鈣鈦礦納米網(wǎng)直接制備在帶有金電極的SiO2/Si基底上，可以方便地獲得高性能的納米網(wǎng)光電探測(cè)器。它對(duì)于可見光具有高的檢測(cè)靈敏度和快的響應(yīng)速度（~ 20 μs），對(duì)于700 nm單色光的響應(yīng)度達(dá)到10.3 A/W，約為普通CH3NH3PbI3薄膜器件的6倍。這一方面是由于其獨(dú)特的二維納米網(wǎng)結(jié)構(gòu)能夠增強(qiáng)其對(duì)光的捕獲，并且可以提供載流子的直接傳輸通道；另一方面是由于單層膠體晶體模板提供的限域空間可以減緩鈣鈦礦結(jié)晶過程從而提高其結(jié)晶度。該項(xiàng)研究揭示了膠體球刻蝕法在制備大面積規(guī)整有序的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦納米陣列結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用潛力，為鈣鈦礦材料的形貌調(diào)控以及高性能光電器件的設(shè)計(jì)制備提供了新的思路。

這一成果近期發(fā)表于Advanced Functional Materials，文章的第一作者為北京大學(xué)博士研究生王文慧。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和國(guó)家科技部的資助。

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