Structure tricouche traitée en solution pour photodétecteur pérovskite hautes performances

Introduction

Les photodétecteurs ont une large gamme d'applications, notamment la communication optique, la détection biomédicale et la surveillance de la pollution environnementale [1,2,3]. Au cours des dernières années, les matériaux de pérovskite aux halogénures de plomb organiques-inorganiques ont suscité une attention excessive en raison de leurs caractéristiques exceptionnelles telles qu'une absorption optique élevée, une longue durée de vie des porteurs de charge et une longue durée de diffusion [4,5,6,7,8,9] . Ces caractéristiques suggèrent que la pérovskite organique-inorganique est d'excellents matériaux pour les applications de photodétecteurs [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Jusqu'à présent, la structure verticale a été largement utilisée pour les photodétecteurs [22,23,24,25,26,27]. Récemment, Zhang et al. photodétecteur à pérovskite fabriqué en utilisant une structure verticale [27]. Cet appareil a démontré une bonne capacité d'éclairage et de bonnes performances, mais a souffert d'un courant d'obscurité élevé (1,5 nA). Il est intéressant de noter que les structures latérales des photodétecteurs ont suscité beaucoup d'intérêt en raison des faibles pertes de conduction et de son processus de fabrication simple et peu coûteux. Des matériaux tels que les dichalcogénures de métaux de transition [28, 29], les oxydes métalliques [30, 31] et les matériaux organiques [32, 33] ont été utilisés pour des applications de photodétecteurs, parmi lesquels les matériaux pérovskites ont beaucoup attiré l'attention. Des dispositifs de pérovskite monocouche ont été fabriqués, mais présentaient un faible rapport marche/arrêt, un courant d'obscurité élevé et de faibles instabilités électriques [34, 35]. Par exemple, Ding et al. a fabriqué un dispositif monocouche qui a un courant d'obscurité élevé, une faible détectivité et un faible rapport marche-arrêt [35]. Un photodétecteur à pérovskite organique conçu par Wang et al. ont atteint de bonnes performances, mais ont un courant d'obscurité important (allant de 10 ^-7 à 10 ⁻⁸ A) [36]. Chen et al. photodétecteur de pérovskite bicouche fabriqué en introduisant une couche de polymère organique et une interface à hétérojonction modifiée pour améliorer les performances du dispositif, mais le dispositif présente toujours un courant d'obscurité important et une faible détectivité [37]. Cependant, une faible détectivité (D *) et un courant d'obscurité élevé est observé en raison de la mauvaise mésappariement de la barrière d'interface à hétérojonction qui améliore la recombinaison des porteurs. Ainsi, le choix du matériau approprié pour la couche interfaciale est important pour les performances de l'appareil [33, 38]. Monocristal CH₃ NH₃ PbBr₃ des photodétecteurs ont également été fabriqués [39,40,41], mais leurs résultats ne sont pas satisfaisants en raison du faible rapport marche-arrêt et du courant d'obscurité élevé (≈10 ⁻¹⁰ A).

De nombreuses approches ont été appliquées pour améliorer les performances du dispositif en équilibrant le transport des porteurs et en minimisant la résistance de jonction en faisant correspondre les niveaux d'énergie entre les couches de matériau. Par exemple, des fluorures métalliques [42], des polyélectrolytes conjugués [43] et des solvants polaires [44] ont été utilisés pour réduire l'inadéquation de la barrière énergétique entre les oxydes métalliques (ZnO, MoO₃ , ZrO₂ ) et des couches actives pour améliorer les performances du dispositif optoélectronique.

Dans cet article, nous avons fabriqué un photodétecteur de pérovskite à trois couches latérales en insérant une couche dipolaire interfaciale d'éthanolamine, qui permet une extraction élevée des électrons avec suppression de la recombinaison de porteurs indésirables, et par conséquent, le dispositif affiche des performances améliorées. Dans cette structure conçue, la lumière avec l'intensité de 0,5 mW cm ⁻² absorbe dans CH₃ NH₃ PbBr₃ le mouvement du film et du porteur se déroule dans le TiO₂ alcoolisé film. Un écart de barrière énergétique entre le TiO₂ alcoolique et CH₃ NH₃ PbBr₃ le film est réduit en introduisant une couche d'éthanolamine. Le photodétecteur tricouche conçu affiche d'excellentes performances avec un faible courant d'obscurité de 1,5  × 10 ⁻¹¹ A, photodétecteur de 1,51 × 10 ¹² Jones, rapport marche-arrêt de 2 700, temps de montée de 0,49 s, temps de décroissance de 1,17 s, plage dynamique linéaire (LDR) de 68,6 dB, avec une stabilité environnementale élevée.

Résultats et discussion

Des photodétecteurs monocouches et tricouches ont été fabriqués sur un substrat de verre comme le montrent les figures 1a, b respectivement. Tout d'abord, le TiO₂ (mélangé dans de l'éthanol) a été fabriqué sur un substrat de verre, puis un film d'éthanolamine a été déposé sur le TiO₂ , ensuite, des électrodes en Al de 60 nm d'épaisseur ont été déposées par évaporation thermique sur un film d'éthanolamine en utilisant un masque perforé, résultant en une largeur de canal de 2000 μm et une longueur de canal de 30 μm. Puis MAPbBr₃ film a été déposé sur le film d'éthanolamine (EA) (les détails sont dans la section « Méthodes/Expérimental »). La figure 1c montre l'image du photodétecteur à trois couches.

un Le dispositif monocouche. b Le dispositif à trois couches. c Image optique du dispositif tricouche

La figure 2a montre le schéma XRD (diffraction des rayons X) du MAPbBr₃ film et le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ film tricouche. Quatre pics de MAPbBr₃ et MAPbBr₃ /EA/TiO₂ un film tricouche à 15,16°, 30,32°, 46,04° et 62,76° sont clairement observés. Il n'y a pas de pics caractéristiques de PbBr₂ , TiO alcoolique₂ , et EA observés dans MAPbBr₃ /EA/TiO₂ film tricouche. Il montre une grande pureté de la pérovskite. La Fig. 2b présente l'absorption des films monocouches et tricouches. TiO₂ et les films EA ne présentent aucune absorption. Toute l'absorption se fait dans un film de pérovskite à la fois pour les appareils à une ou trois couches. Aucune différence d'absorption importante n'est observée entre les MAPbBr₃ film et MAPbBr₃ /EA/TiO₂ film tricouche. Une bande interdite de 2,3 eV est également observée par les spectres d'absorption. Absorption à différents (PbBr₂ ) est illustré à la Fig. 2c.

un Diagrammes de diffraction des rayons X du MAPbBr₃ film et le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ film tricouche. b MAPbBr₃ film et MAPbBr₃ /EA/TiO₂ spectres d'absorption du film tricouche. c Spectres d'absorption à différents rapports de PbBr₂

La morphologie de surface du MAPbBr₃ film a été étudié au microscope électronique à balayage (MEB). Un grand nombre de trous d'épingle et de fissures ont été observés sur le film de pérovskite lorsqu'il est recuit à une température plus élevée, comme le montre la figure 3a. Étant donné que les trous d'épingle ou les fissures agissent comme des centres de recombinaison non radiatifs, ce qui entraîne des performances défavorables de l'appareil [45]. D'autre part, une morphologie dense et sans fissure a été obtenue avec une grande taille de grain lorsque le film de pérovskite a été recuit à 75 °C pendant 10 min (Fig. 3b). Ainsi, la température de recuit optimisée a permis d'obtenir des films hautement cristallins sans trous d'épingle ni fissures, ce qui peut favoriser les processus de séparation et de transport des porteurs photo-excités [45, 46].

Image SEM de MAPbBr₃ fabriqué film traité a à 100 °C et b à 75 °C

La figure 4a–c montre les diagrammes d'énergie de bande du TiO₂ alcoolique , l'éthanolamine et le MAPbBr₃ (déterminé par mesure de spectroscopie de photoélectrons ultraviolets (UPS)). Les niveaux de Fermi atteints pour le TiO₂ alcoolisé , l'éthanolamine et la pérovskite sont respectivement de 3,84, 4,35 et 5 eV. Les maxima de bande de conduction (CBM) calculés pour le TiO₂ alcoolique , l'éthanolamine et la pérovskite sont respectivement de 3,81, 3,62 et 3,4 eV. Diagramme d'énergie de bande de MAPbBr₃ /EA/TiO₂ montre que des excitons photo-générés sont formés dans le film de pérovskite, comme le montre la figure 4d. Par conséquent, les électrons et les trous peuvent être séparés par le MAPbBr₃ /Interface EA. Les électrons affluent vers EA puis tombent dans le TiO₂ film, et les phototrous resteraient dans le MAPbBr₃ filmer.

L'UPS (spectres photoélectroniques ultraviolets) de a TiO₂ film. b Film éthanolamine. c MAPbBr₃ film. d Diagramme de bande d'énergie. Je –V caractéristiques des dispositifs photodétecteurs au rapport optimal (1:1):e dans l'obscurité, f sous la lumière avec une intensité de 0,50 mW cm ⁻² . g Je –V caractéristiques du photodétecteur tricouche à différents rapports de pérovskite

La figure 4e, f présente le I -V courbes du TiO alcoolique₂ appareil, MAPbBr₃ l'appareil et le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ dispositif tricouche (sous un éclairage sombre et sous un éclairage clair avec une intensité de 0,5 mW cm ⁻² ). Un courant d'obscurité élevé avec une valeur de 1,24 × 10 ⁻⁸ A est calculé pour le TiO₂ alcoolisé dispositif, tandis que la valeur du photocourant est presque similaire à la valeur du courant d'obscurité. Ce courant d'obscurité élevé et ce faible photocourant du dispositif sont observés à une polarisation de 5 V. Le dispositif monocouche fabriqué par MAPbBr₃ montre que la valeur du courant d'obscurité est de 1,41 × 10 ⁻¹⁰ A et la valeur du photocourant est de 9,95 × 10 ⁻⁹ A, qui montre de meilleures performances que le TiO₂ alcoolisé -appareil basé. En comparaison, le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ le dispositif tricouche affiche un courant d'obscurité inférieur de 1,51 × 10 ⁻¹¹ A et photocourant amélioré de 4,09 × 10 ⁻⁸ A. La région d'épuisement créée autour du MAPbBr₃ L'interface /EA est la raison de la faible quantité de courant d'obscurité dans le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ dispositif tricouche, grâce auquel les zones conductrices ont été contractées et le courant d'obscurité est supprimé. Une grande recombinaison se produit dans les photodétecteurs monocouche, car les trous et les électrons ont été transportés dans la même couche. C'est la raison pour laquelle le photocourant du photodétecteur tricouche est plus élevé que les autres photodétecteurs monocouche. Pour le photodétecteur tricouche, les électrons et les trous photo-générés sont séparés par hétérojonction. Les électrons se déplaceront de MAPbBr₃ film au film EA puis en TiO alcoolique₂ filmer via l'interface. Pour cette raison, les électrons seront séparés des trous, ce qui réduit considérablement la recombinaison des porteurs, ce qui conduit à un photocourant plus important. Nous avons appliqué différents ratios de pérovskite pour améliorer les performances de l'appareil, comme le montre la figure 4g. Le rapport de pérovskite optimal pour le photodétecteur tricouche est de 1:1.

Réactivité (R ) et la détectivité (D ^* ) sont des facteurs importants pour les dispositifs photodétecteurs. Où la réactivité est définie comme :

Où Je _p représente le courant sous lumière blanche et I _d représente le courant dans l'obscurité. P _dans représente la puissance lumineuse incidente effective sur la région effective (région du canal d'électrode) [15]. Réactivité (R ) peut être amélioré en diminuant la longueur du canal d'électrode, la puissance d'éclairage P _dans , et en augmentant la tension de polarisation [30]. Selon l'éq. (1), la réactivité pour le dispositif photodétecteur à trois couches est de 0,13 A W ⁻¹ avec une intensité de lumière blanche incidente de 0,5 mW cm ⁻² , tandis que 0,03 A W ⁻¹ la réactivité est calculée pour un dispositif photodétecteur monocouche. Un photocourant accru et un courant d'obscurité supprimé sont la raison de la réactivité améliorée du dispositif photodétecteur à trois couches. La figure 5a montre la réactivité des appareils à une et trois couches.

un Réactivité et (b ) détectivité des dispositifs monocouches et tricouches à différentes tensions appliquées sous une intensité lumineuse de 0,5 mW cm ⁻² . c Réactivité spectrale, d détectivité spectrale, et (e ) Spectres EQE de deux photodétecteurs sous un éclairage lumineux de 10,6 μW cm ⁻² et un biais de 5 V

La détective est définie comme suit :

Où R est la réactivité du dispositif photodétecteur, S est la région de canal efficace sous éclairage, et q représente la charge électronique (1,6 × 10 ⁻¹⁹ C) [16]. La détectivité est un paramètre important pour signifier la sensibilité à la lumière d'un photodétecteur. Une plus grande détectivité signifie une plus grande sensibilité dans la détection des signaux lumineux. La figure 5b montre la détectivité des appareils à une et trois couches.

Selon l'éq. (2), la détectivité calculée pour le dispositif tricouche est de 1,51 × 10 ¹² Jones (l'intensité lumineuse est de 0,5 mW cm ⁻² et un biais de 5 V), tandis que la valeur de 1,19 × 10 ¹¹ Jones est calculé pour le MAPbBr₃ monocouche appareil. Le dispositif tricouche présente une détectivité élevée par rapport au dispositif monocouche. Le très haut D * du dispositif tricouche est dû à son très faible courant d'obscurité.

La figure 5c, d montre la réactivité spectrale et la détectivité du photodétecteur monocouche et tricouche à 5 V et sous un éclairage lumineux de 10,6 μW cm ⁻² . L'appareil à trois couches affiche une réactivité élevée de 0,33 A W ⁻¹ et détectivité élevée de 4,46 × 10 ¹² Jones à la longueur d'onde de 520 nm. Alors que pour l'appareil monocouche, la réactivité est de 0,14 A W ⁻¹ et la détectivité est de 1,9 × 10 ¹² Jones. Cela montre que le photodétecteur tricouche peut détecter un signal lumineux très faible. Les spectres d'efficacité quantique externe (EQE) des deux appareils sont mesurés comme le montre la figure 5e. L'EQE pour le dispositif monocouche a été mesurée jusqu'à 30 % et pour le dispositif tricouche jusqu'à 80 % avec un biais de 5 V. La courbe d'absorption (Fig. 2b) renforce également les résultats des spectres EQE.

Le rapport signal sur bruit (SNR) et la plage dynamique linéaire (LDR) sont deux paramètres plus importants pour caractériser un photodétecteur, décrits comme :

Où J _lumière et J _sombre sont respectivement le photocourant et la densité de courant d'obscurité [24]. Le SNR peut fournir des détails sur le niveau d'un signal souhaité (photocourant) par rapport au bruit de fond (courant d'obscurité) ; le bruit de fond est moins important lorsque la valeur du SNR est élevée. La plage de puissance lumineuse incidente peut être mesurée par LDR. Elle est généralement exprimée en décibels (dB). Le LDR et le SNR des deux photodétecteurs sont mesurés sous une tension appliquée de 5 V. Le SNR du dispositif monocouche est de 69. Le photodétecteur tricouche représente un SNR bien supérieur à 2700. Le LDR calculé du photodétecteur tricouche est de 68,6 dB, tandis que pour photodétecteur monocouche, le LDR est de 36,9 dB. La réactivité, la détectivité, le LDR et le SNR améliorés montrent clairement l'avantage du photodétecteur tricouche par rapport au photodétecteur monocouche.

Sur la figure 6, les caractéristiques de commutation marche/arrêt de deux photodétecteurs ont été mesurées sous une intensité lumineuse de 0,5 mW cm ⁻² et une polarisation appliquée de 5 V. Les deux photodétecteurs présentent d'excellentes répétitions de commutation marche-arrêt, illustrées aux Fig. 6a, c. Un cycle marche-arrêt des deux appareils est illustré à la Fig. 6b, d. Pour un appareil monocouche, le courant augmente et atteint sa valeur maximale, puis diminue lentement sous l'éclairage jusqu'à ce que la lumière soit éteinte. Ce phénomène se produit dans les photodétecteurs monocouches car les porteurs de charge photo-générés se recombinent au niveau des sites d'émission de niveau profond, en raison desquels le photocourant diminue avec le temps. Alors que pour les photodétecteurs à pérovskite tricouche, le courant monte très rapidement et atteint sa valeur maximale, puis reste stable sous éclairage jusqu'à ce que la lumière soit éteinte. Ce phénomène se produit parce que les sites d'émission de niveau profond n'affectent pas autant les porteurs de charge photo-générés [38]. Le rapport marche-arrêt calculé était de 70 pour le dispositif photodétecteur monocouche, et le temps de montée/décroissance mesuré est de 0,72/1,72 s. Alors que pour le dispositif à trois couches, le rapport marche-arrêt est de 2700 et son temps de montée/décroissance est de 0,49/1,17 s. Le temps de montée/décroissance du dispositif photodétecteur tricouche est plus petit que celui du dispositif photodétecteur monocouche en raison de la génération plus rapide d'électrons et de trous et du phénomène de recombinaison. Le temps requis pour le photocourant pendant lequel il atteint 90 % de sa valeur maximale est appelé temps de montée, et le temps requis pour le photocourant pendant lequel il chute à 10 % de sa valeur maximale est appelé temps de décroissance [17]. Dans les semi-conducteurs conventionnels, la valeur du temps de montée et du temps de décroissance est importante et provient de pièges à longue durée de vie. La séparation et la recombinaison des porteurs de charge autour de la jonction sont à l'origine d'un rapport marche-arrêt élevé, d'une réactivité améliorée, d'une détectivité élevée et d'un LDR élevé [3, 30]. C'est la raison pour laquelle le temps de montée et le temps de décroissance du dispositif photodétecteur à trois couches sont plus courts.

Caractéristiques de commutation marche/arrêt de a , b monocouche (MAPbBr₃ ) photodétecteur. c , d Photodétecteur à trois couches (sous une intensité lumineuse de 0,5 mW cm ⁻² et biais appliqué de 5 V)

Enfin, les échantillons ont été placés dans un environnement ambiant avec 30 à 40 % d'humidité relative pour étudier la stabilité environnementale du photodétecteur tricouche. L'absorption et la DRX ont été mesurées pour la stabilité, comme le montrent les figures 7a, b respectivement. Aucun changement spécifique n'a été observé dans les spectres d'absorption après 30 jours. Le modèle XRD était presque le même après 30 jours. Des pics caractéristiques supplémentaires dus à l'environnement n'ont pas été observés. Il montre la grande stabilité de notre film de pérovskite. L'obscurité et le photocourant (sous une intensité de lumière blanche de 0,5 mW cm ⁻² ) restent presque les mêmes après 30 jours, comme le montre la figure 7c. Le photodétecteur à trois couches affiche un photocourant presque stable, ce qui signifie que notre appareil est stable et moins affecté par l'environnement ambiant.

un Spectres d'absorption visibles. b spectres XRD. c Je –V courbes du photodétecteur tricouche tel que réalisé et après 30 jours en environnement ambiant (sous l'intensité de lumière blanche de 0,5 mW cm ⁻² )

Performance globale avec D * de 1.51 × 10 ¹² Jones, un rapport marche-arrêt de 2700, un temps de montée et de décroissance de 0,49/1,17 s, un LDR de 68,6 dB et un EQE jusqu'à 80 % sont obtenus par le dispositif à trois couches, qui affiche les performances élevées du dispositif photodétecteur à trois couches. En raison de l'excellente interface entre la pérovskite, l'EA et le TiO₂ alcoolisé , l'excellente performance du détecteur est obtenue. Le tableau 1 présente les résultats des photodétecteurs actuels de pérovskite aux halogénures métalliques.

Photodétecteur pérovskite basé sur SnO₂ a également été fabriqué, et en raison du très faible rapport marche-arrêt et du courant d'obscurité élevé, les performances du photodétecteur n'étaient pas satisfaisantes, comme le montre la figure 8a. Tout cela s'est produit en raison d'une inadéquation des niveaux d'énergie [47]. Nous avons également utilisé l'ester méthylique d'acide phényl-C61-butyrique (PCBM) et le mélange PCBM:PMMA comme couche de transport d'électrons pour fabriquer un photodétecteur à pérovskite, mais les performances de ces dispositifs étaient bien pires que celles du SnO₂ -appareils basés comme le montrent les Fig. 8b, c respectivement. Le choix d'une couche de transport d'électrons (ETL) appropriée est très important pour obtenir de bonnes performances d'un photodétecteur, comme le montrent clairement les expériences. Des dispositifs photodétecteurs à trois couches avec des électrodes en Ag ont également été fabriqués, mais les performances de ces dispositifs n'étaient pas satisfaisantes en raison du courant d'obscurité élevé et du faible courant photoélectrique, comme le montre la figure 8d.

Je –V courbes. un La pérovskite/EA/SnO₂ appareil. b Le dispositif pérovskite/EA/PCBM. c Le dispositif pérovskite/EA/PCBM:PMMA. d La pérovskite/EA/TiO₂ appareil avec électrodes Ag

Méthodes/Expérimental

Préparation du matériel

PbBr₂ et CH₃ NH₃ Br ont été achetés auprès de Xi'an Polymer Light Technology Corporation. Le DMF, le DMSO, l'éthanolamine et le 2-méthoxyéthanol ont été achetés auprès d'Alfa Aesar et TiO₂ 10 % solubles dans l'éthanol (taille de particule 30 nm) ont été achetés auprès d'InnoChem. Tous les matériaux ont été utilisés sans purification supplémentaire. Les lames de verre utilisées comme substrats ont été fabriquées par SAIL BRAND.

TiO₂ en alcool

Le TiO₂ a été mélangé à de l'éthanol (rapport de 1:16 en volume) avec diverses concentrations. Un 50 μL de TiO₂ est dissous dans 800 μL d'éthanol et agité pendant 1 h à température ambiante. En raison du phénomène de blocage des porteurs du TiO₂ compact , il ne peut pas être utilisé comme une bonne couche de transport d'électrons [48]. Alors que, TiO₂ mélangé à de l'alcool a été utilisé comme ETL.

Éthanolamine

L'EA et le mélange de 2-méthoxyéthanol ont été synthétisés en utilisant la méthode précédemment rapportée [49]. Les rapports d'éthanolamine à 3% en poids ont été mélangés dans du 2-méthoxyéthanol pour préparer le mélange de solution.

Pérovskite

Une solution 1 M de CH₃ NH₃ PbBr₃ a été préparé en faisant réagir le CH₃ NH₃ Br et PbBr₂ à 1:1 (en poids) dans un mélange de diméthylsulfoxyde (DMSO) et de N ,N -diméthylformamide (DMF) à 1:4 (en volume), puis l'agitation a été appliquée à la température de 70 °C pendant une nuit.

Fabrication d'appareils

Les substrats en verre ont été lavés avec un détergent, de l'eau déminéralisée, de l'alcool isopropylique et des solvants acétoniques pendant 20 minutes chacun, puis séchés avec du N₂ l'air, et ont finalement été nettoyés par O₂ plasma pendant 15 min pour éliminer les particules laissées sur les substrats. Tout d'abord, les substrats de verre ont été revêtus par centrifugation par TiO₂ alcoolique à la vitesse de 4000 tr/min pendant 30 s dans un environnement ambiant, puis recuit à 150 °C pendant 30 min. Ensuite, l'EA dans le 2-méthoxyéthanol a été déposé sur le TiO₂ film à la vitesse de 3000 tr/min pendant 40 s dans un environnement ambiant, puis recuit à 130 °C pendant 10 min. Ensuite, des électrodes en Al (aluminium) d'une épaisseur de 60 nm ont été déposées sur un film EA par évaporation thermique. La largeur de canal du masque d'ombre est de 2000 μm et la longueur de canal du masque d'ombre est de 30 μm. Enfin, MAPbBr₃ La solution a été appliquée par centrifugation sur le film EA par une méthode en deux étapes pour terminer le processus de fabrication. Dans la première étape, la solution a été enrobée par centrifugation à la vitesse de 1 000 tr/min pendant 10 s, puis enrobée par centrifugation à la vitesse de 5 000 tr/min pendant 30 s. Au cours de la deuxième étape, 50 μL de toluène ont été déposés sur le substrat de filage à 22 s avant la fin du revêtement par centrifugation.

Caractérisation

Keithley 4200 a été utilisé pour mesurer les caractérisations électriques en milieu ambiant à température ambiante. L'illuminateur à lumière froide XZ-150WA a été utilisé comme source de lumière blanche. Avant d'utiliser la lumière blanche, l'intensité de la lumière a été mesurée par un détecteur monosilicium. Newport Oriel 200 a été utilisé comme source de lumière monochromatique. SEM (Hitachi S-4800) a été utilisé pour caractériser l'image de surface et la morphologie du film. Le spectrophotomètre JASCO V-570 a été utilisé pour enregistrer les spectres d'absorption. Le système de spectroscopie photoélectronique KRATOS AXIS ULTRA DLD avec une lampe à décharge gazeuse He I non filtrée (21,22 eV) a été utilisé pour enregistrer l'analyse UPS. Rifaku D/MAX-2004 XRD avec Cu K (\( \lambda =1.54178\ \mathrm{\AA} \)) a été utilisé pour étudier l'identification de phase du film, qui fonctionne à 60 mA et 40 kV.

Conclusions

En conclusion, une pérovskite/EA/TiO₂ photodétecteur tricouche a été conçu et fabriqué. Le courant d'obscurité est considérablement réduit dans le dispositif photodétecteur à trois couches en raison de l'hétérojonction formée. Le film EA et l'alcoolique TiO₂ le film a été utilisé pour fabriquer de la pérovskite/EA/TiO₂ dispositif photodétecteur tricouche. Dans ce type de conception, la lumière absorbe dans un film de pérovskite, et les photoélectrons sont transportés dans du TiO₂ alcoolique film, et EA est responsable de la diminution du décalage de la barrière énergétique et améliore l'extraction des photoélectrons. Lorsque la lumière est allumée, les porteurs de charge sont séparés par l'hétérojonction. Les électrons sont transférés dans la couche EA puis transférés et transportés dans du TiO alcoolique₂ , et les trous restent dans la couche de pérovskite. En conséquence, la recombinaison du porteur de charge est supprimée et le photocourant s'améliore. Les performances globales de l'appareil à trois couches indiquent D * de 1.51 × 10 ¹² Jones, rapport marche-arrêt de 2700, R de 0,13 A W ⁻¹ , temps de montée et de décroissance de 0,49/1,17 s et LDR de 68,6 dB. Le MAPbBr₃ /EA/TiO₂ Le dispositif photodétecteur affiche des performances globales très élevées par rapport aux dispositifs à base de monocristal et aux dispositifs à base de matériaux 2D. La stabilité du dispositif tricouche dans un environnement ambiant montre une grande importance dans les futurs dispositifs optoélectroniques. Une couche interfaciale modifiée et une couche de transport d'électrons peuvent supprimer de manière significative la recombinaison des porteurs et améliorer les performances des dispositifs photodétecteurs à pérovskite. Cette approche pourrait jouer un rôle important pour améliorer les performances de l'appareil par des modifications d'hétérojonction.

Abréviations

EA :

Éthanolamine

EQE :

Efficacité quantique externe

LDR :

Plage dynamique linéaire

PCBM :

Ester méthylique de l'acide phényl-C61-butyrique

PMMA :

Polyméthacrylate de méthyle

SEM :

Microscope électronique à balayage

SNR :

Rapport signal sur bruit

UPS :

Spectroscopie de photoélectrons ultraviolets

XRD :

Diffraction des rayons X