Estrutura de camada tripla processada por solução para fotodetector de perovskita de alto desempenho

Resumo

Devido ao seu excelente desempenho, baixo custo, facilidade de fabricação, diversas aplicações fotônicas e optoeletrônicas, os halogenetos metálicos perovskita têm atraído grande interesse em aplicações fotodetectoras. Atualmente, os dispositivos feitos de óxidos de metal, sulfetos de metal e materiais 2D alcançaram boa responsividade, mas sofreram com alta corrente escura, velocidade de resposta lenta, pequena relação liga-desliga e baixa estabilidade. O desempenho total desses fotodetectores não é satisfatório. Aqui, uma perovskita lateral (CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ ) / Etanolamina / TiO ₂ (em etanol) o fotodetector de três camadas é projetado para obter alto desempenho. O tratamento com EA aumenta a extração de elétrons e reduz a recombinação indesejada. Este dispositivo de três camadas mostra um bom desempenho com baixa corrente escura de 1,5 × 10 ⁻¹¹ A, alta proporção liga-desliga de 2700, alta fotodetetividade de 1,51 × 10 ¹² Jones, alta responsividade de 0,13 A W ⁻¹ e alta estabilidade, em comparação com dispositivos convencionais de camada única. Este trabalho fornece uma maneira de melhorar o desempenho de fotodetectores de perovskita de haleto metálico.

Introdução

Os fotodetectores têm uma ampla gama de aplicações, incluindo comunicação óptica, sensoriamento biomédico e monitoramento de poluição ambiental [1,2,3]. Nos últimos anos, os materiais perovskita de haleto de chumbo orgânico-inorgânico têm atraído consideração excessiva devido às suas características excepcionais, como alta absorção óptica, longa vida útil do portador de carga e longo comprimento de difusão [4,5,6,7,8,9] . Essas características sugerem que as perovskitas orgânico-inorgânicas são excelentes materiais para aplicações fotodetectoras [10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Até agora, a estrutura vertical tem sido amplamente utilizada para fotodetectores [22,23,24,25,26,27]. Recentemente, Zhang et al. fotodetector fabricado de perovskita empregando estrutura vertical [27]. Este dispositivo demonstrou boa capacidade de luz e desempenho, mas sofreu com alta corrente escura (1,5 nA). Curiosamente, as estruturas laterais dos fotodetectores têm atraído grande consideração por causa das baixas perdas de condução e seu processo de fabricação simples e de baixo custo. Materiais como dichalcogenetos de metais de transição [28, 29], óxidos de metais [30, 31] e materiais orgânicos [32, 33] têm sido usados para aplicações fotodetectoras, entre eles os materiais de perovskita atraíram muita consideração. Dispositivos de perovskita de camada única foram fabricados, mas exibiram baixa relação liga / desliga, alta corrente escura e instabilidades elétricas fracas [34, 35]. Por exemplo, Ding et al. fabricou um dispositivo de camada única que tem alta corrente escura, baixa detectividade e baixa relação liga-desliga [35]. Um fotodetector de perovskita orgânica projetado por Wang et al. alcançaram bom desempenho, mas têm grande corrente escura (variando de 10 ⁻⁷ a 10 ⁻⁸ A) [36]. Chen et al. fotodetector de perovskita de bicamada fabricado através da introdução de camada de polímero orgânico e interface de heterojunção modificada para melhorar o desempenho do dispositivo, mas ainda assim o dispositivo exibe grande corrente escura e baixa detectividade [37]. No entanto, baixa detectividade ( D *) e alta corrente escura é observada por causa da má combinação da barreira da interface de heterojunção que aumenta a recombinação da portadora. Portanto, a escolha do material adequado para a camada interfacial é importante para o desempenho do dispositivo [33, 38]. Cristal único CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ fotodetectores também foram fabricados [39,40,41], mas seus resultados não são satisfatórios por causa da pequena relação liga-desliga e alta corrente escura (≈10 ⁻¹⁰ UMA).

Muitas abordagens foram aplicadas para melhorar o desempenho do dispositivo equilibrando o transporte de portadores e minimizando a resistência da junção combinando os níveis de energia entre as camadas de material. Por exemplo, fluoretos de metal [42], polieletrólito conjugado [43] e solventes polares [44] foram usados para reduzir a incompatibilidade de barreira de energia entre óxidos de metal (ZnO, MoO ₃ , ZrO ₂ ) e camadas ativas para melhorar o desempenho do dispositivo optoeletrônico.

Neste trabalho, nós fabricamos um fotodetector de perovskita de camada tripla lateral inserindo uma camada dipolo interfacial de etanolamina, que fornece a alta extração de elétrons com supressão de recombinação de portadores indesejados, e como resultado o dispositivo apresenta melhor desempenho. Nesta estrutura projetada, luz com a intensidade de 0,5 mW cm ⁻² absorve em CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ o movimento do filme e do portador é realizado no TiO alcoólico ₂ filme. Uma lacuna de barreira de energia entre o TiO alcoólico ₂ e CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ o filme é reduzido pela introdução de uma camada de etanolamina. O fotodetector de camada tripla projetado mostra excelente desempenho com baixa corrente escura de 1,5 × 10 ⁻¹¹ A, fotodetetividade de 1,51 × 10 ¹² Jones, relação on-off de 2700, tempo de subida de 0,49 s, tempo de decaimento de 1,17 s, faixa dinâmica linear (LDR) de 68,6 dB, com alta estabilidade ambiental.

Resultados e discussão

Fotodetectores de camada única e tricamada foram fabricados em substrato de vidro como mostrado na Fig. 1a, b, respectivamente. Em primeiro lugar, o TiO ₂ (misturado em etanol) foi fabricado em um substrato de vidro e, em seguida, o filme de etanolamina foi depositado no TiO ₂ a seguir, eletrodos de Al de 60 nm de espessura foram depositados por evaporação térmica em filme de etanolamina com máscara de sombra, resultando em largura de canal de 2.000 μm e comprimento de canal de 30 μm. Então MAPbBr ₃ o filme foi depositado no filme de etanolamina (EA) (os detalhes estão na seção “Métodos / Experimental”). A Figura 1c mostra a imagem do fotodetector de três camadas.

a O dispositivo de camada única. b O dispositivo de três camadas. c Imagem ótica do dispositivo de camada tripla

A Figura 2a mostra o padrão de XRD (difração de raios-X) do MAPbBr ₃ filme e o MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ filme de três camadas. Quatro picos de MAPbBr ₃ e MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ filme tricamada a 15,16 °, 30,32 °, 46,04 ° e 62,76 ° são claramente observados. Não há picos característicos de PbBr ₂ , TiO alcoólico ₂ , e EA observado em MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ filme de três camadas. Apresenta alta pureza da perovskita. A Fig. 2b apresenta a absorção de filmes de camada única e tricamada. TiO ₂ e os filmes da EA não exibem nenhuma absorção. Toda a absorção é feita em filme de perovskita, tanto para dispositivo de camada única quanto de camada tripla. Nenhuma diferença de absorção proeminente é observada entre o MAPbBr ₃ filme e MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ filme de três camadas. Um gap de 2,3 eV também é observado por espectros de absorção. Absorção em diferentes (PbBr ₂ ) proporções é mostrado na Fig. 2c.

a Padrões de difração de raios-X do MAPbBr ₃ filme e o MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ filme de três camadas. b MAPbBr ₃ filme e MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ espectro de absorção de filme de três camadas. c Espectros de absorção em diferentes proporções de PbBr ₂

A morfologia da superfície do MAPbBr ₃ filme foi estudado por microscópio eletrônico de varredura (MEV). Um grande número de furos e rachaduras foram observados no filme de perovskita quando recozido em alta temperatura, como mostrado na Fig. 3a. Uma vez que os furos ou rachaduras agem como centros de recombinação não radiativa, o que resulta em desempenho adverso do dispositivo [45]. Por outro lado, uma morfologia densa e livre de trincas foi obtida com grande tamanho de grão quando o filme de perovskita foi recozido a 75 ° C por 10 min (Fig. 3b). Assim, a temperatura de recozimento otimizada auxiliou na obtenção de filmes altamente cristalinos sem furos e rachaduras, que podem promover os processos de separação e transporte de portadores fotoexcitados [45, 46].

Imagem SEM de MAPbBr fabricado ₃ filme tratado com a a 100 ° C e b a 75 ° C

A Figura 4a-c mostra os diagramas de banda de energia do TiO alcoólico ₂ , etanolamina e o MAPbBr ₃ (determinado por medição de espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta (UPS)). Os níveis de Fermi atingidos para TiO alcoólico ₂ , etanolamina e perovskita são 3,84, 4,35 e 5 eV, respectivamente. Os máximos calculados da banda de condução (CBM) para TiO alcoólico ₂ , etanolamina e perovskita são 3,81, 3,62 e 3,4 eV, respectivamente. Diagrama de energia de banda de MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ mostra que excitons gerados por foto são formados no filme de perovskita como mostrado na Fig. 4d. Portanto, elétrons e lacunas podem ser segregados através do MAPbBr ₃ / Interface EA. Os elétrons irão fluir para o EA e, em seguida, cair no TiO ₂ filme, e photoholes permaneceriam no MAPbBr ₃ filme.

O UPS (espectro de fotoelétrons ultravioleta) de a TiO ₂ filme. b Filme de etanolamina. c MAPbBr ₃ filme. d Diagrama de banda de energia. eu - V características dos dispositivos fotodetectores na proporção ideal (1:1): e sob a escuridão, f sob a luz com intensidade de 0,50 mW cm ⁻² . g eu - V características do fotodetector de três camadas em diferentes proporções de perovskita

A Figura 4e, f apresenta o I - V curvas do TiO alcoólico ₂ dispositivo, MAPbBr ₃ dispositivo, e o MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ dispositivo de três camadas (sob iluminação escura e sob iluminação com intensidade de 0,5 mW cm ⁻² ) Uma alta corrente escura com um valor de 1,24 × 10 ⁻⁸ A é calculado para TiO alcoólico ₂ dispositivo, enquanto o valor da fotocorrente é quase semelhante ao valor da corrente escura. Esta alta corrente escura e baixa fotocorrente do dispositivo são observadas com polarização de 5 V. O dispositivo de camada única fabricado por MAPbBr ₃ mostra que o valor da corrente escura é 1,41 × 10 ⁻¹⁰ A e o valor da fotocorrente é 9,95 × 10 ⁻⁹ A, que mostra melhor desempenho do que o TiO ₂ alcoólico dispositivo baseado em Em comparação, o MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ dispositivo de camada tripla mostra corrente escura inferior de 1,51 × 10 ⁻¹¹ A e fotocorrente aprimorada de 4,09 × 10 ⁻⁸ A. A região de depleção criada em torno do MAPbBr ₃ A interface / EA é a razão da pequena quantidade de corrente escura no MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ dispositivo de três camadas, devido ao qual as áreas condutoras foram contraídas e a corrente escura é suprimida. Uma grande recombinação ocorre em fotodetectores de camada única, porque buracos e elétrons foram transportados na mesma camada. Essa é a razão pela qual a fotocorrente do fotodetector de três camadas é maior do que a de outros fotodetectores de camada única. Para o fotodetector de três camadas, os elétrons e buracos foto-gerados são separados por heterojunção. Elétrons irão se mover de MAPbBr ₃ filme para o filme da EA e depois para TiO alcoólico ₂ filme através da interface. Por causa disso, os elétrons serão separados dos buracos, devido ao qual a recombinação dos portadores se reduz drasticamente, e isso leva a uma fotocorrente maior. Aplicamos diferentes proporções de perovskita para melhorar o desempenho do dispositivo, conforme mostrado na Fig. 4g. A proporção ótima de perovskita para fotodetector de três camadas é de 1:1.

Responsividade ( R ) e detectividade ( D ^* ) são fatores importantes para dispositivos fotodetectores. Onde a responsividade é definida como:
$$ R =\ frac {I_p- {I} _d} {P_ {in}} $$ (1)
Onde eu _p representa a corrente sob luz branca e I _d representa a corrente no escuro. P _em representa a potência efetiva da luz incidente na região efetiva (região do canal do eletrodo) [15]. Responsividade ( R ) pode ser melhorado diminuindo o comprimento do canal do eletrodo, potência de iluminação P _em , e aumentando a tensão de polarização [30]. De acordo com a Eq. (1), a responsividade para o dispositivo fotodetector de três camadas é 0,13 A W ⁻¹ com intensidade de luz branca incidente de 0,5 mW cm ⁻² , enquanto 0,03 A W ⁻¹ a responsividade é calculada para o dispositivo fotodetector de camada única. Uma fotocorrente aumentada e uma corrente escura suprimida são a razão para a responsividade aprimorada do dispositivo fotodetector de três camadas. A Figura 5a mostra a responsividade dos dispositivos de camada única e tricamada.

a Responsividade e ( b ) detectividade de dispositivos de camada única e tricamada em diferentes tensões aplicadas sob intensidade de luz de 0,5 mW cm ⁻² . c Responsividade espectral, d detectividade espectral, e ( e ) Espectros EQE de dois fotodetectores sob iluminação de 10,6 μW cm ⁻² e um viés de 5 V

A detetividade é definida da seguinte forma:
$$ {D} ^ {\ ast} =R \ sqrt {\ frac {S} {2q {I} _d}} $$ (2)
Onde R é a responsividade do dispositivo fotodetector, S é a região efetiva do canal sob iluminação, e q representa a carga eletrônica (1,6 × 10 ⁻¹⁹ C) [16]. A detectividade é um parâmetro importante para significar a sensibilidade à luz de um fotodetector. Maior detectividade significa maior sensibilidade na detecção de sinais de luz. A Figura 5b mostra a detectividade dos dispositivos de camada única e tricamada.

De acordo com a Eq. (2), a detectividade calculada para o dispositivo de três camadas é 1,51 × 10 ¹² Jones (a intensidade da luz é 0,5 mW cm ⁻² e polarização de 5 V), enquanto o valor de 1,19 × 10 ¹¹ Jones é calculado para o MAPbBr de camada única ₃ dispositivo. O dispositivo de camada tripla exibe alta detectividade em comparação com o dispositivo de camada única. O muito alto D * do dispositivo de camada tripla é devido à sua corrente escura muito baixa.

A Figura 5c, d mostra a responsividade espectral e a detectividade do fotodetector de camada única e tricamada a 5 V e sob iluminação de 10,6 μW cm ⁻² . Dispositivo de camada tripla mostra alta responsividade de 0,33 A W ⁻¹ e alta detectividade de 4,46 × 10 ¹² Jones no comprimento de onda de 520 nm. Enquanto para o dispositivo de camada única, a responsividade é 0,14 A W ⁻¹ e a detectividade é 1,9 × 10 ¹² Jones. Isso mostra que o fotodetector de três camadas pode detectar sinais de luz muito fracos. Os espectros de eficiência quântica externa (EQE) de ambos os dispositivos são medidos como mostrado na Fig. 5e. EQE para dispositivo de camada única foi medido em até 30%, e para dispositivo de camada tripla até 80% em uma polarização de 5 V. A curva de absorção (Fig. 2b) também fortalece os resultados dos espectros de EQE.

A relação sinal-ruído (SNR) e a faixa dinâmica linear (LDR) são dois parâmetros mais importantes para caracterizar um fotodetector, descritos como:
$$ \ mathrm {SNR} =\ frac {I_p- {I} _d} {I_d} $$ (3) $$ \ mathrm {LDR} =20 \ mathit {\ log} \ frac {J _ {\ mathrm {luz }}} {J _ {\ mathrm {dark}}} $$ (4)
Onde J _leve e J _escuro são fotocorrente e densidade de corrente escura, respectivamente [24]. O SNR pode fornecer o detalhe sobre o nível de um sinal desejado (fotocorrente) para o ruído de fundo (corrente escura); o ruído de fundo é menos proeminente quando o valor de SNR é alto. A faixa de potência da luz incidente pode ser medida por LDR. Geralmente é relatado em decibéis (dB). LDR e SNR dos dois fotodetectores são medidos sob uma tensão aplicada de 5 V. SNR do dispositivo de camada única é 69. O fotodetector de três camadas representa um SNR muito maior de 2700. O LDR calculado do fotodetector de três camadas é 68,6 dB, enquanto para fotodetector de camada única, LDR é 36,9 dB. A melhor responsividade, detectividade, LDR e SNR mostram claramente a vantagem do fotodetector de três camadas sobre o fotodetector de camada única.

Na Fig. 6, as características de ativação / desativação de dois fotodetectores foram medidas sob intensidade de luz de 0,5 mW cm ⁻² e polarização aplicada de 5 V. Ambos os fotodetectores exibem excelentes repetições de comutação liga-desliga, mostradas nas Fig. 6a, c. Um ciclo liga-desliga de ambos os dispositivos é mostrado na Fig. 6b, d. Para dispositivos de camada única, a corrente aumenta e atinge seu valor máximo e, em seguida, diminui lentamente sob iluminação até que a luz se apague. Esse fenômeno ocorre no fotodetector de camada única porque os portadores de carga fotogerados se recombinam em locais de emissão de nível profundo, devido aos quais a fotocorrente diminui com o passar do tempo. Já para o fotodetector de perovskita de três camadas, a corrente aumenta muito rapidamente e atinge seu valor máximo, então permanece estável sob iluminação até que a luz seja apagada. Este fenômeno ocorre porque os locais de emissão de nível profundo não afetam tanto os portadores de carga fotogerados [38]. A razão liga-desliga calculada foi de 70 para o dispositivo fotodetector de camada única e o tempo de aumento / decaimento medido é de 0,72 / 1,72 s. Já para o dispositivo de camada tripla, a relação liga-desliga é de 2700 e seu tempo de aumento / decadência é de 0,49 / 1,17 s. O tempo de aumento / decadência para o dispositivo fotodetector de três camadas é menor em comparação ao dispositivo fotodetector de camada única por causa da geração mais rápida de elétrons e lacunas e do fenômeno de recombinação. O tempo necessário para a fotocorrente em que atinge 90% de seu valor máximo é chamado de tempo de subida, e o tempo necessário para a fotocorrente em que ela cai para 10% de seu valor máximo é chamado de tempo de decaimento [17]. Em semicondutores convencionais, o valor do tempo de subida e do tempo de decaimento é grande e se origina devido a armadilhas de longa vida. A separação e recombinação dos portadores de carga ao redor da junção é a razão para a alta relação liga-desliga, responsividade aprimorada, alta detectividade e alto LDR [3, 30]. Esta é a razão pela qual o tempo de subida e o tempo de decaimento mais curtos do dispositivo fotodetector de três camadas são alcançados.

Características de comutação liga / desliga de a , b camada única (MAPbBr ₃ ) fotodetector. c , d Fotodetector de três camadas (sob intensidade de luz de 0,5 mW cm ⁻² e polarização aplicada de 5 V)

Por fim, as amostras foram colocadas em um ambiente com 30–40% de umidade relativa para investigar a estabilidade ambiental do fotodetector de camada tripla. Absorção e XRD foram medidos quanto à estabilidade, conforme mostrado na Fig. 7a, b, respectivamente. Nenhuma mudança específica foi observada no espectro de absorção após 30 dias. O padrão de XRD foi quase o mesmo após 30 dias. Picos característicos extras devido ao ambiente não foram observados. Isso mostra a alta estabilidade de nosso filme de perovskita. O escuro e a fotocorrente (sob intensidade de luz branca de 0,5 mW cm ⁻² ) permanecem quase os mesmos após 30 dias, conforme mostrado na Fig. 7c. O dispositivo fotodetector de três camadas mostra uma fotocorrente quase estável, o que representa que nosso dispositivo é estável e menos afetado pelo ambiente.

a Espectros de absorção visíveis. b Espectros de XRD. c eu - V curvas do fotodetector de três camadas feitas e após 30 dias no ambiente (sob a intensidade de luz branca de 0,5 mW cm ⁻² )

Desempenho geral com D * de 1,51 × 10 ¹² Jones, relação on-off de 2700, tempo de aumento e decaimento de 0,49 / 1,17 s, LDR de 68,6 dB e EQE de até 80% é obtido pelo dispositivo de três camadas, que mostra alto desempenho do dispositivo fotodetector de três camadas. Devido à excelente interface entre perovskita, EA e TiO alcoólico ₂ , o excelente desempenho do detector é obtido. A Tabela 1 mostra os resultados dos atuais fotodetectores de perovskita de haleto metálico.

Fotodetector de perovskita baseado em SnO ₂ também foi fabricado e, devido à razão liga-desliga muito baixa e alta corrente escura, o desempenho do fotodetector não foi satisfatório, como mostrado na Fig. 8a. Tudo isso aconteceu devido ao descasamento do nível de energia [47]. Também usamos éster metílico de ácido fenil-C61-butírico (PCBM) e mistura de PCBM:PMMA como uma camada de transporte de elétrons para o fotodetector de perovskita fabricado, mas o desempenho desses dispositivos era muito pior do que SnO ₂ com base em dispositivos como mostrado na Fig. 8b, c respectivamente. A escolha de uma camada de transporte de elétrons (ETL) adequada é muito importante para obter um bom desempenho de um fotodetector, conforme visto claramente nos experimentos. Dispositivos fotodetectores de três camadas com eletrodos de Ag também foram fabricados, mas o desempenho desses dispositivos não foi satisfatório devido à alta corrente escura e baixa fotocorrente, conforme mostrado na Fig. 8d.

eu - V curvas. a O perovskite / EA / SnO ₂ dispositivo. b O dispositivo perovskite / EA / PCBM. c O dispositivo perovskite / EA / PCBM:PMMA. d O perovskite / EA / TiO ₂ dispositivo com eletrodos Ag

Métodos / Experimental

Preparação do material

PbBr ₂ e CH ₃ NH ₃ Br foram adquiridos da Xi’an Polymer Light Technology Corporation. DMF, DMSO, Etanolamina e 2-Metoxietanol foram adquiridos da Alfa Aesar, e TiO ₂ 10% solúvel em etanol (tamanho de partícula de 30 nm) foram adquiridos da InnoChem. Todos os materiais foram usados sem purificação adicional. As lâminas de vidro usadas como substratos foram fabricadas pela SAIL BRAND.

TiO ₂ no álcool

O TiO ₂ foi misturado com etanol (proporção de 1:16 em volume) com várias concentrações. A 50 μL TiO ₂ é dissolvido em 800 μL de etanol e agitado por 1 h em temperatura ambiente. Devido ao fenômeno de bloqueio de portadoras do TiO compacto ₂ , não pode ser usado como uma boa camada de transporte de elétrons [48]. Então, TiO ₂ misturado em álcool foi usado como ETL.

Etanolamina

EA e mistura de 2-metoxietanol foram sintetizados usando o método previamente relatado [49]. As razões de etanolamina 3% em peso foram misturadas em 2-metoxietanol para preparar a mistura de solução.

Perovskite

Uma solução 1 M de CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ foi preparado reagindo ao CH ₃ NH ₃ Br e PbBr ₂ a 1:1 (em peso) em uma mistura de dimetilsulfóxido (DMSO) e N , N -dimetilformamida (DMF) com 1:4 (em volume), depois foi aplicada agitação à temperatura de 70 ° C durante a noite.

Fabricação de dispositivos

Os substratos de vidro foram lavados com detergente, água desionizada, álcool isopropílico e solventes de acetona por 20 min cada e, em seguida, secos com N ₂ ar, e finalmente foram limpos por O ₂ plasma por 15 min para eliminar as partículas deixadas para trás nos substratos. Em primeiro lugar, os substratos de vidro foram revestidos por centrifugação por TiO alcoólico ₂ na velocidade de 4000 rpm por 30 s em ambiente ambiente e, em seguida, recozido a 150 ° C por 30 min. Posteriormente, EA em 2-metoxietanol foi depositado no TiO ₂ filme na velocidade de 3000 rpm por 40 s em ambiente ambiente e, em seguida, recozido a 130 ° C por 10 min. Em seguida, eletrodos de Al (alumínio) com espessura de 60 nm foram depositados no filme de EA por evaporação térmica. A largura do canal da máscara de sombra é de 2.000 μm e o comprimento do canal da máscara de sombra é de 30 μm. Finalmente, MAPbBr ₃ a solução foi revestida por rotação no filme de EA pelo método de duas etapas para completar o processo de fabricação. Na primeira etapa, a solução foi revestida por spin com a velocidade de 1000 rpm por 10 s, e então revestida por spin com a velocidade de 5000 rpm por 30 s. Durante a segunda etapa, 50 μL de tolueno foram descartados no substrato de rotação 22 s antes do término do revestimento de rotação.

Caracterização

Keithley 4200 foi usado para medir as caracterizações elétricas em ambiente ambiente em temperatura ambiente. O iluminador de luz fria XZ-150WA foi usado como fonte de luz branca. Antes de usar a luz branca, a intensidade da luz foi medida por detector de monossilício. Newport Oriel 200 foi usado como uma fonte de luz monocromática. SEM (Hitachi S-4800) foi usado para caracterizar a imagem de superfície e morfologia do filme. O espectrofotômetro JASCO V-570 foi usado para registrar os espectros de absorção. O sistema de espectroscopia de fotoelétrons KRATOS AXIS ULTRA DLD com uma lâmpada de descarga de gás He I (21,22 eV) não filtrada foi usado para registrar a análise do UPS. Rifaku D / MAX-2004 XRD com Cu K radiação (\ (\ lambda =1.54178 \ \ mathrm {\ AA} \)) foi usada para estudar a identificação de fase do filme, que está operando a 60 mA e 40 kV.

Conclusões

Em conclusão, um perovskite / EA / TiO ₂ o fotodetector de três camadas foi projetado e fabricado. A corrente escura é significativamente reduzida no dispositivo fotodetector de três camadas devido à heterojunção formada. O filme da EA e o TiO alcoólico ₂ filme foram usados para fabricar perovskite / EA / TiO ₂ dispositivo fotodetector de três camadas. Nesse tipo de design, a luz é absorvida em filme de perovskita e fotoelétrons transportados em TiO alcoólico ₂ filme, e EA é responsável por diminuir a incompatibilidade da barreira de energia e aumenta a extração de fotoelétrons. Quando a luz é iluminada, os portadores de carga são separados por meio da heterojunção. Os elétrons são transferidos para a camada de EA, em seguida, transferidos e transportados para o TiO alcoólico ₂ , e os orifícios permanecem na camada de perovskita. Como resultado, a recombinação do portador de carga é suprimida e a fotocorrente aumenta. O desempenho geral do dispositivo de três camadas mostra D * de 1,51 × 10 ¹² Jones, relação liga-desliga de 2700, R de 0,13 A W ⁻¹ , tempo de subida e descida de 0,49 / 1,17 s e LDR de 68,6 dB. O MAPbBr ₃ / EA / TiO ₂ o dispositivo fotodetector mostra um desempenho total muito alto em comparação com dispositivos baseados em cristal único e dispositivos baseados em material 2D. A estabilidade do dispositivo de três camadas em um ambiente apresenta grande importância em dispositivos optoeletrônicos futuros. Uma camada interfacial modificada e uma camada de transporte de elétrons podem suprimir significativamente a recombinação do portador e melhorar o desempenho dos dispositivos fotodetectores de perovskita. Essa abordagem pode desempenhar um papel importante para melhorar o desempenho do dispositivo por meio de modificações de heterojunção.