论文部分内容阅读
钙钛矿由于具有直接带隙、宽光谱吸收、低激子束缚能、高载流子迁移率、长载流子扩散距离及双极传输等特点，被认为是最有希望成为下一代太阳能电池的原料来源。经过多年的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从最初的3.8％提高到22.1％,并且有望突破23％,达到无机硅电池的转换效率。除了钙钛矿太阳能电池外，钙钛矿光电探测器在最近几年也得到了研究人员的广泛关注。 本论文开展了钙钛矿光电探测器的结构设计与性能研究，深入剖析了影响钙钛矿探测器件性能的原因，并提出优化和改进方案，制备出了一系列探测性能优良的钙钛矿光电探测器。具体工作如下: 1)通过优化电子传输层，调节传输层厚度，制备出了探测性能优良的光伏型钙钛矿光电探测器。该器件暗电流在-0.1V时低于10-8A/cm2，外量子效率超过86％，光谱响应度超过0.4A/W，归一化探测率接近1013Jones。进一步地，用空穴阻挡层C60替代PEDOT制备出了增益型(光电导型)钙钛矿光电探测器，该器件的外量子效率超过8000％，峰值光谱响应度接近40A/W，远大于常见的光伏型钙钛矿光电探测器。 2)利用Sn替换部分Pb，通过优化Sn在钙钛矿中的含量制备出了性能优良的宽光谱响应钙钛矿光电探测器。实验发现，30％的Pb被Sn替换后器件可以得到最优的外量子效率和暗电流特性，并且光谱响应拓展到1000nm。在纯Pb钙钛矿中掺入染料罗丹明B，由于罗丹明B较好的绿光吸收及对钙钛矿晶体结构的破坏作用，制备出红光响应的钙钛矿光电探测器。该器件红光响应的半峰宽约100nm，外量子效率约为10％，光谱响应度为0.04A/W，归一化探测率为4×1011Jones，在-0.1V条件下，暗电流密度为2.5×10-8A/cm2。 3)制备出了钙钛矿/PC71BM∶PDPP3T复合光伏型光电探测器。研究表明，钙钛矿的引入对聚合物光电探测器在可见光部分的外量子效率有较大提高，同时器件的暗电流密度下降约1个数量级，该器件的归一化探测率和线性度得到了显著提高，分别达到3×1013Jones和112dB。