當(dāng)前位置:HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部>>技術(shù)文章>>*!鄭州大學(xué)成功制備出無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器 |前沿用戶(hù)報(bào)道
*!鄭州大學(xué)成功制備出無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器 |前沿用戶(hù)報(bào)道
金屬鹵化物鈣鈦礦材料(以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)鉛鈣鈦礦)具備優(yōu)良的熒光以及優(yōu)異的光電特性,,包括較大的光吸收系數(shù)、較高且平衡的載流子傳輸能力,、較長(zhǎng)的壽命等等,。這些優(yōu)勢(shì)使其在高效率光伏電池、發(fā)光二管領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,。不僅如此,,巨大的優(yōu)勢(shì)也正使其成為制備高性能窄帶探測(cè)器的重要候選材料。
以往制備光電探測(cè)器多采用硅、鹵化鉛鈣鈦礦等材料,,無(wú)鉛鈣鈦礦雖具備不少優(yōu)勢(shì),,但在這方面的應(yīng)用仍處于初期階段,,具體表現(xiàn)為:利用無(wú)鉛鈣鈦礦制備的窄帶光電探測(cè)器,,均工作在可見(jiàn)和近紅外波段,針對(duì)紫外光的應(yīng)用還未能實(shí)現(xiàn),。
但實(shí)際上,,隨著近年來(lái)紫外探測(cè)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍日益廣泛,如導(dǎo)彈追蹤,、保密通信等等方面,,現(xiàn)有的可見(jiàn)和近紅外探測(cè)范圍已無(wú)法滿(mǎn)足需求。工業(yè)對(duì)于性能優(yōu)異的紫外光電探測(cè)器的需求,,正變得越來(lái)越迫切,。
可喜的是,近日鄭州大學(xué)史志鋒團(tuán)隊(duì),,成功利用無(wú)鉛鈣鈦礦,,制備出一種紫外窄帶光電探測(cè)器。它具有高的光譜選擇性,,不僅*無(wú)鉛鈣鈦礦在紫外窄帶探測(cè)器的研究空白,,也為實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛紫外光電探測(cè)器在全波段的商業(yè)化應(yīng)用,提供了新的思路和可能,。
新的光吸收層:無(wú)鉛鈣鈦礦薄膜
制備性能優(yōu)異的光電探測(cè)器,,一個(gè)重要前提和關(guān)鍵步驟就是光吸收層的選擇與制備,這關(guān)系到探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)化效率,、電導(dǎo)率,、器件的穩(wěn)定性等各方面性能。
開(kāi)頭我們提到,,以往大家多選用硅,、傳統(tǒng)的鉛鹵化鈣鈦礦、有機(jī)材料等作為吸收層,,但這些材料無(wú)論是穩(wěn)定性,、毒性等都不盡如人意。既然無(wú)鉛鈣鈦礦材料擁有眾多優(yōu)異性能,,且已經(jīng)在電池等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力,,那它能否用來(lái)制備紫外窄帶光探測(cè)器呢?能否克服以往材料的缺點(diǎn)呢,?能否在響應(yīng)度,、穩(wěn)定性、成本上的帶來(lái)巨大提升呢?帶著這些疑問(wèn),,課題組展開(kāi)了研究,。
研究人員先采用低溫溶液法,制備出無(wú)鉛金屬鹵化物——Cs3Cu2I5薄膜,,發(fā)現(xiàn)該無(wú)鉛鈣鈦礦膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量,,對(duì)紫外光也有良好的吸收。
接著,,通過(guò)不斷調(diào)控Cs3Cu2I5薄膜厚度,,研究人員終獲得300-370nm的窄響應(yīng)“窗口”。
這樣,,課題組就成功制備出了基于無(wú)鉛鈣鈦礦薄膜的紫外窄帶光電探測(cè)器,,且表現(xiàn)出較高的光譜選擇性!而在此之前,,并未有人成功制備出無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器,。
該紫外窄帶探測(cè)器的工作原理:
操縱正負(fù)電荷調(diào)節(jié)厚吸收層長(zhǎng)度
(左下和右下分別為Cs3Cu2I5材料結(jié)構(gòu)及器件圖)
光電探測(cè)器在應(yīng)用中,穩(wěn)定性可以說(shuō)是重要的性質(zhì),,也是投入實(shí)際應(yīng)用的前提條件,。課題組制備出的無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器,它的穩(wěn)定性如何呢,?能否投入應(yīng)用呢,?讓我們跟隨課題組繼續(xù)了解后續(xù)的表征過(guò)程~
超穩(wěn)定!所得光電探測(cè)器性能太優(yōu)秀
1. 無(wú)鉛薄膜的穩(wěn)定性測(cè)試
研究人員首先對(duì)薄膜進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試,,主要使用HORIBA Fluorolog-3熒光光譜儀對(duì)穩(wěn)態(tài)熒光光譜進(jìn)行了檢測(cè),,包括下圖中薄膜材料的熱穩(wěn)定性、光照下的穩(wěn)定性以及空氣穩(wěn)定性的測(cè)試,。
對(duì)無(wú)鉛Cs3Cu2I5薄膜: (a)熱 (b)光
(c.d)空氣穩(wěn)定性測(cè)試
圖a顯示,,薄膜在經(jīng)歷10個(gè)熱循環(huán)之后,熒光強(qiáng)度可以維持在原來(lái)的95%左右,;
從圖b可以發(fā)現(xiàn),,在紫外燈連續(xù)照射8小時(shí)后,熒光強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化,;
從圖c/d中看出,,在空氣中放置28天之后,薄膜材料的XRD圖譜幾乎沒(méi)有變化(圖c),;熒光強(qiáng)度,、峰位和半高寬也沒(méi)有發(fā)生明顯變化(圖d中紅色和綠色曲線(xiàn)重合)。
這些數(shù)據(jù)充分證明了該薄膜材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,,也為后續(xù)制得的光電探測(cè)器的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ),。
2. 光電探測(cè)器的穩(wěn)定性測(cè)試
測(cè)試完薄膜的穩(wěn)定性,接下來(lái),研究人員進(jìn)一步對(duì)基于該薄膜制備的光電探測(cè)器的穩(wěn)定性進(jìn)行了表征,。在本次測(cè)試中,,為了解該器件的實(shí)際應(yīng)用潛力,研究人員并未對(duì)該探測(cè)器進(jìn)行封裝,,以了解其在大氣環(huán)境下的性質(zhì),。
(a-h)均為未封裝器件的穩(wěn)定性測(cè)試:
高溫及空氣環(huán)境下,光電流隨時(shí)間的變化
從上圖可以看出,,無(wú)論是在高溫環(huán)境下(圖a-g,,溫度高達(dá)373k),、還是在空氣環(huán)境中(圖h),,隨著長(zhǎng)時(shí)間放置(橫坐標(biāo)),該器件的電流(縱坐標(biāo))都未發(fā)生明顯變化,。
可見(jiàn),,不僅是無(wú)鉛金屬鹵化物——Cs3Cu2I5制備的光吸收薄膜,對(duì)熱,、紫外線(xiàn)和環(huán)境氧氣/水分非常穩(wěn)定,;采用該膜制備的光電探測(cè)器也可以在空氣環(huán)境中承受較高的工作溫度(373 K)。
可重現(xiàn),、耐高溫:新探測(cè)器具備廣闊應(yīng)用前景
值得一提的是,,該光電探測(cè)器不僅穩(wěn)定性強(qiáng),且在端條件下也可以使用,,從下圖g就能看出,。在圖g中,縱坐標(biāo)代表了不同溫度下的光電流和暗電流的開(kāi)關(guān)比,,能夠看出:隨著溫度升高,,光電流雖然有所下降,但降溫之后,,光電流又恢復(fù)到到了原來(lái)的97%,!
這表明未封裝的器件不僅穩(wěn)定,且具備可重現(xiàn)的特性和良好的耐溫性,,可以高效率連續(xù)運(yùn)行12 h,。因此我們有理由相信該器件將來(lái)有可能用于光電系統(tǒng)的組裝,進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用,!
在該工作中大量重要的光譜表征是通過(guò)Fluorolog-3熒光光譜儀實(shí)現(xiàn),,操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快,、結(jié)果清晰直觀是研究人員選用該光譜儀時(shí)的首要考量,。通過(guò)測(cè)試在不同溫度下的穩(wěn)態(tài)熒光光譜,研究人員了解了本研究中吸收材料的穩(wěn)定性。高靈敏(SNR16000:1)和超寬檢測(cè)范圍(200-1700nm可選)的特點(diǎn),,也確保了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,。
tips: 想了解更多熒光光譜儀的解決方案,點(diǎn)擊閱讀原文提交需求,,HORIBA工程師會(huì)盡快聯(lián)系您~
鄭州大學(xué)史志鋒團(tuán)隊(duì)嘗試帶來(lái)的突破成果無(wú)疑是令人欣喜的,,為實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、低成本,、環(huán)境友好型的鈣鈦礦紫外窄帶探測(cè)器,,提供了新的研究方案。之后所帶來(lái)的系列影響也許還不可估量,,因?yàn)榭萍记斑M(jìn)一小步,,對(duì)于工業(yè)發(fā)展可能就是一大步。我們期待更多的科研團(tuán)隊(duì)能發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),,不斷攻關(guān)難題,,不斷突破與超越,填補(bǔ)更多的空白,,帶來(lái)更多的驚喜,!
文章作者&論文原文
這一成果近期以鄭州大學(xué)為單位,發(fā)表于期刊《Materials Horizons》(影響因子:14.356),。文章的作者是鄭州大學(xué)博士生李營(yíng),,通訊作者為鄭州大學(xué)史志鋒副教授和李新建教授,以及復(fù)旦大學(xué)方曉生教授,。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,、中國(guó)博士后科學(xué)基金以及河南省高校科技創(chuàng)新人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持,。
文章標(biāo)題:Highly Stable and Spectrum-Selective Ultraviolet Photodetectors Based on Lead-Free Copper-Based Perovskites
>>>> 免責(zé)說(shuō)明
HORIBA Scientific公眾號(hào)所發(fā)布內(nèi)容(含圖片)來(lái)源于文章原創(chuàng)作者提供或互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)載,。文章版權(quán)、數(shù)據(jù)及所述觀點(diǎn)歸原作者原出處所有,,HORIBA Scientific 發(fā)布及轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享,,供讀者自行參考及評(píng)述。如果您認(rèn)為本文存在侵權(quán)之處,,請(qǐng)與我們?nèi)〉寐?lián)系,,我們會(huì)及進(jìn)行處理。HORIBA Scientific 力求數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確,,如有任何失誤失實(shí),,敬請(qǐng)讀者不吝賜教批評(píng)指正。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點(diǎn)和見(jiàn)解,。
>>>> HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部
HORIBA Scientific 致力于為科研及工業(yè)用戶(hù)提供先進(jìn)的檢測(cè)和分析工具及解決方案,,如:光學(xué)光譜,、分子光譜、元素分析,、材料表征及表面分析等先進(jìn)檢測(cè)技術(shù),,旗下Jobin Yvon光譜技術(shù)品牌創(chuàng)立于1819年,距今已有200年歷史,。
如今,,HORIBA 的高品質(zhì)科學(xué)儀器已經(jīng)成為科研、各行業(yè)研發(fā)及質(zhì)量控制的選擇,,之后我們也將持續(xù)專(zhuān)注科研領(lǐng)域,,致力于為用戶(hù)提供更好的服務(wù)。