Estructura de tres capas procesada en solución para fotodetector de perovskita de alto rendimiento

Resumen

Debido a su excelente rendimiento, bajo costo, facilidad de fabricación, diversas aplicaciones fotónicas y optoelectrónicas, los haluros metálicos perovskita han atraído un gran interés en las aplicaciones de fotodetectores. En la actualidad, los dispositivos fabricados con óxidos metálicos, sulfuros metálicos y materiales 2D habían logrado una buena capacidad de respuesta, pero presentaban una alta corriente oscura, una velocidad de respuesta lenta, una pequeña relación de encendido y apagado y poca estabilidad. Los rendimientos completos de estos fotodetectores no son satisfactorios. Aquí, una perovskita lateral (CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ ) / Etanolamina / TiO ₂ (en etanol) el fotodetector de tres capas está diseñado para lograr un alto rendimiento. El tratamiento con EA mejora la extracción de electrones y reduce la recombinación no deseada. Este dispositivo de tres capas muestra un buen rendimiento con una corriente oscura baja de 1,5 × 10 ⁻¹¹ Una alta relación de encendido-apagado de 2700, alta fotodetectividad de 1,51 × 10 ¹² Jones, alta capacidad de respuesta de 0,13 A W ⁻¹ y alta estabilidad, en comparación con los dispositivos convencionales de una sola capa. Este trabajo proporciona la forma de mejorar el rendimiento de los fotodetectores de perovskita de halogenuros metálicos.

Introducción

Los fotodetectores tienen una amplia gama de aplicaciones, incluida la comunicación óptica, la detección biomédica y el control de la contaminación ambiental [1, 2, 3]. En los últimos años, los materiales de perovskita de haluro de plomo orgánico-inorgánico han atraído una atención excesiva debido a sus características excepcionales, como alta absorción óptica, larga vida útil del portador de carga y larga duración de difusión [4, 5, 6, 7, 8, 9] . Estas características sugirieron que la perovskita orgánico-inorgánica son excelentes materiales para aplicaciones de fotodetectores [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Hasta ahora, la estructura vertical ha sido ampliamente utilizada para fotodetectores [22,23,24,25,26,27]. Recientemente, Zhang et al. fotodetector de perovskita fabricado empleando una estructura vertical [27]. Este dispositivo demostró una buena capacidad de iluminación y rendimiento, pero sufrió una alta corriente de oscuridad (1,5 nA). Curiosamente, las estructuras laterales de los fotodetectores han atraído una gran consideración debido a las bajas pérdidas de conducción y su proceso de fabricación simple y de bajo costo. Materiales como dicalcogenuros de metales de transición [28, 29], óxidos metálicos [30, 31] y materiales orgánicos [32, 33] se han utilizado para aplicaciones de fotodetectores, entre ellos los materiales de perovskita atrajeron mucha atención. Se fabricaron dispositivos de perovskita de capa única, pero presentaban una baja relación de encendido / apagado, alta corriente de oscuridad y poca inestabilidad eléctrica [34, 35]. Por ejemplo, Ding et al. fabricó un dispositivo de una sola capa que tiene alta corriente oscura, baja detectividad y baja relación de encendido-apagado [35]. Un fotodetector de perovskita orgánica diseñado por Wang et al. han alcanzado un buen rendimiento, pero tienen una gran corriente oscura (que varía de 10 ⁻⁷ a 10 ⁻⁸ A) [36]. Chen y col. fotodetector de perovskita bicapa fabricado mediante la introducción de una capa de polímero orgánico y una interfaz de heterounión modificada para mejorar el rendimiento del dispositivo, pero aún así el dispositivo exhibe una gran corriente oscura y una baja detectividad [37]. Sin embargo, la baja detectividad ( D *) y se observa una alta corriente oscura debido al mal emparejamiento de la barrera de la interfaz de heterounión que mejora la recombinación del portador. Por tanto, la elección del material adecuado para la capa interfacial es importante para el rendimiento del dispositivo [33, 38]. Monocristal CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ También se han fabricado fotodetectores [39,40,41], pero sus resultados no son satisfactorios debido a la pequeña relación de encendido y apagado y la alta corriente de oscuridad (≈10 ⁻¹⁰ A).

Se han aplicado muchos enfoques para mejorar el rendimiento del dispositivo equilibrando el transporte de los portadores y minimizando la resistencia de la unión haciendo coincidir los niveles de energía entre las capas de material. Por ejemplo, se utilizaron fluoruros metálicos [42], polielectrolito conjugado [43] y disolventes polares [44] para reducir el desajuste de la barrera energética entre los óxidos metálicos (ZnO, MoO ₃ , ZrO ₂ ) y capas activas para mejorar el rendimiento del dispositivo optoelectrónico.

En este artículo, fabricamos un fotodetector de perovskita de tres capas laterales insertando una capa de dipolo interfacial de etanolamina, que proporciona una alta extracción de electrones con la supresión de la recombinación de portadores no deseados y, como resultado, el dispositivo muestra un rendimiento mejorado. En esta estructura diseñada, luz con una intensidad de 0,5 mW cm ⁻² absorbe en CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ El movimiento de la película y el portador se mantiene en el TiO ₂ alcohólico película. Una brecha de barrera energética entre el TiO ₂ alcohólico y CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ La película se reduce mediante la introducción de una capa de etanolamina. El fotodetector de tres capas diseñado muestra un rendimiento excelente con una corriente oscura baja de 1,5 × 10 ⁻¹¹ A, fotodetectividad de 1,51 × 10 ¹² Jones, relación de encendido y apagado de 2700, tiempo de subida de 0,49 s, tiempo de caída de 1,17 s, rango dinámico lineal (LDR) de 68,6 dB, con alta estabilidad ambiental.

Resultados y discusión

Se fabricaron fotodetectores de una sola capa y de tres capas sobre un sustrato de vidrio como se muestra en la Fig. 1a, b respectivamente. En primer lugar, el TiO ₂ (mezclado en etanol) se fabricó sobre un sustrato de vidrio, y luego se depositó una película de etanolamina sobre el TiO ₂ Posteriormente, se depositaron electrodos de Al de 60 nm de espesor por evaporación térmica sobre una película de etanolamina mediante el uso de una máscara de sombra, lo que dio como resultado un ancho de canal de 2000 μm y una longitud de canal de 30 μm. Luego MAPbBr ₃ La película se depositó sobre la película de etanolamina (EA) (los detalles se encuentran en la sección “Métodos / Experimental”). La Figura 1c muestra la imagen del fotodetector de tres capas.

un El dispositivo de una sola capa. b El dispositivo de tres capas. c Imagen óptica del dispositivo de tres capas

La figura 2a muestra el patrón XRD (difracción de rayos X) del MAPbBr ₃ película y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ película de tres capas. Cuatro picos de MAPbBr ₃ y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ Se observan claramente películas de tres capas a 15,16 °, 30,32 °, 46,04 ° y 62,76 °. No hay picos característicos de PbBr ₂ , TiO ₂ alcohólico y EA observado en MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ película de tres capas. Muestra una alta pureza de la perovskita. La Fig. 2b presenta la absorción de películas de una o tres capas. TiO ₂ y las películas de EA no muestran ninguna absorción. Toda la absorción se realiza en película de perovskita tanto para dispositivo monocapa como tricapa. No se observa una diferencia de absorción prominente entre MAPbBr ₃ film y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ película de tres capas. También se observa una banda prohibida de 2,3 eV mediante espectros de absorción. Absorción a diferentes (PbBr ₂ ) relaciones se muestra en la Fig. 2c.

un Patrones de difracción de rayos X del MAPbBr ₃ película y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ película de tres capas. b MAPbBr ₃ film y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ espectros de absorción de película de tres capas. c Espectros de absorción a diferentes proporciones de PbBr ₂

La morfología de la superficie del MAPbBr ₃ La película se estudió mediante microscopio electrónico de barrido (SEM). Se observó un gran número de agujeros y grietas en la película de perovskita cuando se recoció a una temperatura más alta, como se muestra en la Fig. 3a. Dado que los orificios o grietas actúan como centros de recombinación no radiantes, lo que resulta en un rendimiento adverso del dispositivo [45]. Por otro lado, se obtuvo una morfología densa y libre de grietas con gran tamaño de grano cuando se recoció la película de perovskita a 75 ° C durante 10 min (Fig. 3b). Por lo tanto, la temperatura de recocido optimizada ayudó a obtener películas altamente cristalinas sin poros ni grietas, lo que puede promover los procesos de separación y transporte de los portadores fotoexcitados [45, 46].

Imagen SEM de MAPbBr ₃ fabricado película tratada a a 100 ° C y b a 75 ° C

La Figura 4a-c muestra los diagramas de energía de banda del TiO ₂ alcohólico , etanolamina y MAPbBr ₃ (determinado por medición de espectroscopía de fotoelectrones ultravioleta (UPS)). Los niveles de Fermi alcanzados para el TiO ₂ alcohólico , etanolamina y perovskita son 3,84, 4,35 y 5 eV respectivamente. La banda de conducción máxima calculada (CBM) para el TiO ₂ alcohólico , etanolamina y perovskita son 3,81, 3,62 y 3,4 eV respectivamente. Diagrama de banda de energía de MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ muestra que se forman excitones fotogenerados en la película de perovskita como se muestra en la Fig. 4d. Por lo tanto, los electrones y los huecos se pueden segregar a través de MAPbBr ₃ / Interfaz EA. Los electrones fluirán hacia EA y luego caerán en el TiO ₂ película, y los orificios fotográficos permanecerían en el MAPbBr ₃ película.

El UPS (espectro de fotoelectrones ultravioleta) de a TiO ₂ película. b Película de etanolamina. c MAPbBr ₃ película. d Diagrama de bandas de energía. yo - V características de los dispositivos fotodetectores en una proporción óptima (1:1): e bajo la oscuridad, f bajo la luz con una intensidad de 0,50 mW cm ⁻² . g yo - V características del fotodetector de tres capas a diferentes proporciones de perovskita

La figura 4e, f presenta la I - V curvas del TiO ₂ alcohólico dispositivo, MAPbBr ₃ dispositivo y MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ dispositivo de tres capas (bajo iluminación oscura y luminosa con una intensidad de 0,5 mW cm ⁻² ). Una alta corriente oscura con un valor de 1,24 × 10 ⁻⁸ A se calcula para el TiO ₂ alcohólico dispositivo, mientras que el valor de la fotocorriente es casi similar al valor de la corriente oscura. Esta alta corriente oscura y baja fotocorriente del dispositivo se observa con una polarización de 5 V. El dispositivo de una sola capa fabricado por MAPbBr ₃ muestra que el valor de la corriente oscura es 1,41 × 10 ⁻¹⁰ A y el valor de la fotocorriente es 9,95 × 10 ⁻⁹ A, que muestra un mejor rendimiento que el TiO ₂ alcohólico -dispositivo basado en. En comparación, MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ El dispositivo de tres capas muestra una corriente oscura más baja de 1,51 × 10 ⁻¹¹ A y fotocorriente mejorada de 4.09 × 10 ⁻⁸ A. La región de agotamiento creada alrededor de MAPbBr ₃ / La interfaz EA es la razón de la pequeña cantidad de corriente oscura en MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ dispositivo de tres capas, debido al cual las áreas conductoras se contrajeron y se suprimió la corriente oscura. Se produce una gran recombinación en los fotodetectores de una sola capa, debido a que los huecos y los electrones se transportan en la misma capa. Esa es la razón por la que la fotocorriente del fotodetector de tres capas es más alta que la de otros fotodetectores de una sola capa. Para el fotodetector de tres capas, los electrones fotogenerados y los huecos están separados por heterounión. Los electrones se moverán desde MAPbBr ₃ película a la película de EA y luego a TiO ₂ alcohólico película a través de la interfaz. Debido a esto, los electrones se separarán de los huecos, por lo que la recombinación de portadores se reduce drásticamente y esto conduce a una fotocorriente más grande. Aplicamos diferentes proporciones de perovskita para mejorar el rendimiento del dispositivo, como se muestra en la Fig. 4g. La proporción óptima de perovskita para el fotodetector de tres capas es 1:1.

Responsividad ( R ) y detectividad ( D ^* ) son factores importantes para los dispositivos fotodetectores. Donde la capacidad de respuesta se define como:

$$ R =\ frac {I_p- {I} _d} {P_ {in}} $$ (1)

Donde yo _p representa la corriente bajo luz blanca y I _d representa la corriente en la oscuridad. P _en representa la potencia de luz incidente efectiva en la región efectiva (región del canal del electrodo) [15]. Responsividad ( R ) se puede mejorar disminuyendo la longitud del canal del electrodo, la potencia de iluminación P _en y aumentando la tensión de polarización [30]. Según Eq. (1), la capacidad de respuesta del dispositivo fotodetector de tres capas es 0,13 A W ⁻¹ con una intensidad de luz blanca incidente de 0,5 mW cm ⁻² , mientras que 0,03 A W ⁻¹ La capacidad de respuesta se calcula para un dispositivo fotodetector de una sola capa. Una fotocorriente aumentada y una corriente oscura suprimida son la razón de la capacidad de respuesta mejorada del dispositivo fotodetector de tres capas. La Figura 5a muestra la capacidad de respuesta de los dispositivos de una y tres capas.

un Responsividad y ( b ) detectividad de dispositivos de una o tres capas a diferentes voltajes aplicados con una intensidad de luz de 0,5 mW cm ⁻² . c Capacidad de respuesta espectral, d detectividad espectral y ( e ) Espectros EQE de dos fotodetectores con iluminación de luz de 10,6 μW cm ⁻² y un sesgo de 5 V

La detección se define de la siguiente manera:

$$ {D} ^ {\ ast} =R \ sqrt {\ frac {S} {2q {I} _d}} $$ (2)

Donde R es la capacidad de respuesta del dispositivo fotodetector, S es la región de canal efectiva bajo iluminación, y q representa la carga electrónica (1,6 × 10 ⁻¹⁹ C) [16]. La detección es un parámetro importante para indicar la sensibilidad a la luz de un fotodetector. Una mayor detectividad significa una mayor sensibilidad en la detección de señales luminosas. La Figura 5b muestra la capacidad de detección de los dispositivos de una y tres capas.

Según Eq. (2), la detectividad calculada para el dispositivo de tres capas es 1,51 × 10 ¹² Jones (la intensidad de la luz es de 0,5 mW cm ⁻² y sesgo de 5 V), mientras que el valor de 1,19 × 10 ¹¹ Jones se calcula para el MAPbBr ₃ de una sola capa dispositivo. El dispositivo de tres capas presenta una alta capacidad de detección en comparación con el dispositivo de una sola capa. La muy alta D * del dispositivo de tres capas se debe a su muy baja corriente oscura.

La Figura 5c, d muestra la capacidad de respuesta espectral y la detectividad del fotodetector de una o tres capas a 5 V y con una iluminación de 10,6 μW cm ⁻² . El dispositivo de tres capas muestra una alta capacidad de respuesta de 0,33 A W ⁻¹ y alta detectividad de 4,46 × 10 ¹² Jones a la longitud de onda de 520 nm. Mientras que para el dispositivo de una sola capa, la capacidad de respuesta es 0,14 A W ⁻¹ y la detectividad es 1,9 × 10 ¹² Jones. Esto muestra que el fotodetector de tres capas puede detectar una señal de luz muy débil. Los espectros de eficiencia cuántica externa (EQE) de ambos dispositivos se miden como se muestra en la Fig. 5e. La EQE para dispositivos de una sola capa se ha medido hasta un 30% y para dispositivos de tres capas hasta un 80% con un sesgo de 5 V. La curva de absorción (Fig. 2b) también refuerza los resultados de los espectros de EQE.

La relación señal / ruido (SNR) y el rango dinámico lineal (LDR) son dos parámetros más importantes para caracterizar un fotodetector, descritos como:

$$ \ mathrm {SNR} =\ frac {I_p- {I} _d} {I_d} $$ (3) $$ \ mathrm {LDR} =20 \ mathit {\ log} \ frac {J _ {\ mathrm {ligero }}} {J _ {\ mathrm {oscuro}}} $$ (4)

Donde J _ligero y J _oscuro son fotocorriente y densidad de corriente oscura, respectivamente [24]. El SNR puede proporcionar el detalle sobre el nivel de una señal deseada (fotocorriente) al ruido de fondo (corriente oscura); el ruido de fondo es menos prominente cuando el valor de SNR es alto. El rango de potencia de la luz incidente se puede medir mediante LDR. Generalmente se expresa en decibelios (dB). El LDR y SNR de los dos fotodetectores se miden bajo un voltaje aplicado de 5 V. La SNR del dispositivo de una sola capa es 69. El fotodetector de tres capas muestra una SNR mucho mayor de 2700. El LDR calculado del fotodetector de tres capas es de 68,6 dB, mientras que para fotodetector de una sola capa, el LDR es de 36,9 dB. La capacidad de respuesta, la detección, el LDR y la SNR mejorados muestran claramente la ventaja del fotodetector de tres capas sobre el fotodetector de una sola capa.

En la figura 6, las características de encendido / apagado de dos fotodetectores se midieron con una intensidad de luz de 0,5 mW cm ⁻² y polarización aplicada de 5 V. Ambos fotodetectores exhiben excelentes repeticiones de encendido y apagado, como se muestra en la Fig. 6a, c. En la Fig. 6b, d se muestra un ciclo de encendido y apagado de ambos dispositivos. Para el dispositivo de una sola capa, la corriente aumenta y alcanza su valor máximo, y luego disminuye lentamente bajo iluminación hasta que la luz se apaga. Este fenómeno ocurre en el fotodetector de una sola capa porque los portadores de carga fotogenerados se recombinan en sitios de emisión de nivel profundo, por lo que la fotocorriente disminuye con el paso del tiempo. Mientras que para el fotodetector de perovskita de tres capas, la corriente aumenta muy rápidamente y alcanza su valor máximo, luego permanece estable bajo iluminación hasta que la luz se apaga. Este fenómeno se produce porque los sitios de emisión de nivel profundo no afectan tanto a los portadores de carga fotogenerados [38]. La relación de activación / desactivación calculada fue de 70 para el dispositivo fotodetector de una sola capa, y el tiempo de subida / caída medido es de 0,72 / 1,72 s. Mientras que para el dispositivo de tres capas, la relación de encendido y apagado es de 2700 y su tiempo de subida / bajada es de 0,49 / 1,17 s. El tiempo de subida / caída para el dispositivo fotodetector de tres capas es menor en comparación con el dispositivo fotodetector de una sola capa debido a la generación más rápida de electrones y huecos y al fenómeno de recombinación. El tiempo requerido para la fotocorriente en el que alcanza el 90% de su valor máximo se llama tiempo de subida, y el tiempo requerido para la fotocorriente en el que cae al 10% de su valor máximo se llama tiempo de caída [17]. En los semiconductores convencionales, el valor del tiempo de subida y el tiempo de caída es grande y se origina debido a trampas de larga duración. La separación y recombinación de los portadores de carga alrededor de la unión es la razón de una alta relación de encendido y apagado, una mayor capacidad de respuesta, una alta detección y un alto LDR [3, 30]. Esta es la razón por la cual se logra un tiempo de subida y un tiempo de caída más cortos del dispositivo fotodetector de tres capas.

Características de encendido / apagado de a , b de una sola capa (MAPbBr ₃ ) fotodetector. c , d Fotodetector de tres capas (con una intensidad de luz de 0,5 mW cm ⁻² y sesgo aplicado de 5 V)

Por último, las muestras se colocaron en un ambiente con 30-40% de humedad relativa para investigar la estabilidad ambiental del fotodetector de tres capas. Se midieron la absorción y la XRD para determinar la estabilidad como se muestra en la Fig. 7a, b respectivamente. No se observaron cambios específicos en los espectros de absorción después de 30 días. El patrón de XRD fue casi el mismo después de 30 días. No se observaron picos extra característicos debidos al medio ambiente. Muestra la alta estabilidad de nuestra película de perovskita. La oscuridad y la fotocorriente (con una intensidad de luz blanca de 0,5 mW cm ⁻² ) permanecen casi iguales después de 30 días, como se muestra en la Fig. 7c. El dispositivo fotodetector de tres capas muestra una fotocorriente casi estable, lo que representa que nuestro dispositivo es estable y menos afectado por el entorno ambiental.

un Espectros de absorción visibles. b Espectros XRD. c yo - V curvas del fotodetector de tres capas tal como se hicieron y después de 30 días en el ambiente ambiental (bajo la intensidad de luz blanca de 0.5 mW cm ⁻² )

Rendimiento general con D * de 1,51 × 10 ¹² Jones, relación de encendido-apagado de 2700, tiempo de subida y bajada de 0,49 / 1,17 s, LDR de 68,6 dB y EQE de hasta 80% se logra mediante el dispositivo de tres capas, que muestra un alto rendimiento del dispositivo fotodetector de tres capas. Debido a la excelente interfaz entre perovskita, EA y TiO ₂ alcohólico , se obtiene el excelente rendimiento del detector. La Tabla 1 muestra los resultados de los fotodetectores de perovskita de halogenuros metálicos actuales.

Fotodetector de perovskita basado en SnO ₂ También se fabricó, y debido a la relación de encendido / apagado muy baja y la alta corriente oscura, el rendimiento del fotodetector no fue satisfactorio, como se muestra en la Fig. 8a. Todo esto sucedió debido al desajuste del nivel de energía [47]. También usamos éster metílico del ácido fenil-C61-butírico (PCBM) y mezcla de PCBM:PMMA como una capa de transporte de electrones para el fotodetector de perovskita fabricado, pero el rendimiento de estos dispositivos fue mucho peor que el SnO ₂ -dispositivos basados en como se muestra en la Fig. 8b, c respectivamente. La elección de una capa de transporte de electrones (ETL) adecuada es muy importante para lograr un buen rendimiento de un fotodetector como se ve claramente en los experimentos. También se fabricaron dispositivos fotodetectores de tres capas con electrodos de Ag, pero el rendimiento de estos dispositivos no fue satisfactorio debido a la alta corriente oscura y la baja fotocorriente, como se muestra en la Fig. 8d.

yo - V curvas. un La perovskita / EA / SnO ₂ dispositivo. b El dispositivo de perovskita / EA / PCBM. c La perovskita / EA / PCBM:dispositivo de PMMA. d La perovskita / EA / TiO ₂ dispositivo con electrodos Ag

Métodos / Experimental

Preparación del material

PbBr ₂ y CH ₃ NH ₃ Br se adquirieron de Xi’an Polymer Light Technology Corporation. Se adquirieron DMF, DMSO, etanolamina y 2-metoxietanol de Alfa Aesar, y TiO ₂ Se adquirió 10% soluble en etanol (tamaño de partícula de 30 nm) de InnoChem. Todos los materiales se utilizaron sin purificación adicional. Los portaobjetos de vidrio utilizados como sustratos fueron fabricados por SAIL BRAND.

TiO ₂ en alcohol

El TiO ₂ se mezcló con etanol (proporción 1:16 en volumen) con varias concentraciones. 50 μL de TiO ₂ se disuelve en 800 μl de etanol y se agita durante 1 ha temperatura ambiente. Debido al fenómeno de bloqueo de portadores del TiO ₂ compacto , no se puede utilizar como una buena capa de transporte de electrones [48]. Entonces, TiO ₂ mezclado en alcohol se utilizó como ETL.

Etanolamina

La mezcla de EA y 2-metoxietanol se sintetizó mediante el método descrito anteriormente [49]. Las proporciones de etanolamina al 3% en peso se mezclaron con 2-metoxietanol para preparar la mezcla de solución.

Perovskita

Una solución 1 M de CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ se preparó haciendo reaccionar el CH ₃ NH ₃ Br y PbBr ₂ a 1:1 (por peso) en una mezcla de dimetilsulfóxido (DMSO) y N , N -dimetilformamida (DMF) con 1:4 (por volumen), luego se aplicó agitación a la temperatura de 70 ° C durante la noche.

Fabricación de dispositivos

Los sustratos de vidrio se lavaron con detergente, agua desionizada, alcohol isopropílico y acetona solventes durante 20 minutos cada uno y luego se secaron con N ₂ aire, y finalmente fueron limpiados por O ₂ plasma durante 15 min para eliminar las partículas que quedan en los sustratos. En primer lugar, los sustratos de vidrio se revistieron por centrifugación con TiO ₂ alcohólico a la velocidad de 4000 rpm durante 30 s en ambiente ambiente, y luego recocido a 150 ° C durante 30 min. Posteriormente, se depositó EA en 2-metoxietanol sobre el TiO ₂ película a la velocidad de 3000 rpm durante 40 s en ambiente ambiente, y luego recocido a 130 ° C durante 10 min. Luego, se depositaron electrodos de Al (aluminio) con un espesor de 60 nm sobre una película de EA mediante evaporación térmica. El ancho del canal de la máscara de sombra es de 2000 μm y la longitud del canal de la máscara de sombra es de 30 μm. Finalmente, MAPbBr ₃ La solución se revistió por centrifugación sobre la película de EA mediante un método de dos pasos para completar el proceso de fabricación. En el primer paso, la solución se revistió por centrifugación con una velocidad de 1000 rpm durante 10 s, y luego se revistió por centrifugación con una velocidad de 5000 rpm durante 30 s. Durante el segundo paso, se dejaron caer 50 μL de tolueno sobre el sustrato de hilado 22 s antes del final del recubrimiento por hilado.

Caracterización

Se utilizó Keithley 4200 para medir las caracterizaciones eléctricas en un entorno ambiente a temperatura ambiente. El iluminador de luz fría XZ-150WA se utilizó como fuente de luz blanca. Antes de usar la luz blanca, se midió la intensidad de la luz mediante un detector de monosilicio. Newport Oriel 200 se utilizó como fuente de luz monocromática. Se utilizó SEM (Hitachi S-4800) para caracterizar la imagen de la superficie y la morfología de la película. Se utilizó el espectrofotómetro JASCO V-570 para registrar los espectros de absorción. Se utilizó el sistema de espectroscopía de fotoelectrones KRATOS AXIS ULTRA DLD con una lámpara de descarga de gas He I (21,22 eV) sin filtrar para registrar el análisis del SAI. Rifaku D / MAX-2004 XRD con Cu K Se utilizó radiación (\ (\ lambda =1.54178 \ \ mathrm {\ AA} \)) para estudiar la identificación de fase de la película, que está operando a 60 mA y 40 kV.

Conclusiones

En conclusión, una perovskita / EA / TiO ₂ Se diseñó y fabricó un fotodetector de tres capas. La corriente oscura se reduce significativamente en el dispositivo fotodetector de tres capas debido a la heterounión formada. La película de EA y el TiO ₂ alcohólico se utilizaron películas para fabricar perovskita / EA / TiO ₂ Dispositivo fotodetector de tres capas. En este tipo de diseño, la luz se absorbe en una película de perovskita y los fotoelectrones se transportan en el TiO ₂ alcohólico película, y EA es responsable de disminuir el desajuste de la barrera de energía y mejora la extracción de fotoelectrones. Cuando se ilumina la luz, los portadores de carga se separan a través de la heterounión. Los electrones se transfieren a la capa de EA, luego se transfieren y se transportan a TiO ₂ alcohólico. , y los agujeros permanecen en la capa de perovskita. Como resultado, se suprime la recombinación del portador de carga y se mejora la fotocorriente. El rendimiento general del dispositivo de tres capas muestra D * de 1,51 × 10 ¹² Jones, índice de encendido-apagado de 2700, R de 0,13 A W ⁻¹ , tiempo de subida y bajada de 0,49 / 1,17 s, y LDR de 68,6 dB. El MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ El dispositivo fotodetector muestra un rendimiento total muy alto en comparación con los dispositivos basados en monocristales y los dispositivos basados en materiales 2D. La estabilidad del dispositivo de tres capas en un entorno ambiental muestra una gran importancia en los futuros dispositivos optoelectrónicos. Una capa interfacial modificada y una capa de transporte de electrones pueden suprimir significativamente la recombinación del portador y mejorar el rendimiento de los dispositivos fotodetectores de perovskita. Este enfoque podría desempeñar un papel importante para mejorar el rendimiento del dispositivo mediante modificaciones de heterounión.