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基于胶体球刻蚀法的钙钛矿纳米网光电探测器

来源: X-MOL 2017-06-16 13:52:58

有机金属卤化物钙钛矿材料因其吸光系数高、载流子扩散距离长等诸多优异的光电性质而受到极为广泛的关注，迄今已在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等光电器件领域显示出广阔的应用前景。其中，以这类钙钛矿材料构筑的光电探测器具有响应度高和响应速度快等优点，引起人们的高度重视。由于材料的形貌、构造及结晶状况对于器件性能起到关键作用，如何通过钙钛矿材料的形貌和结构的理性设计与调控来实现其光电探测性能的提升是人们面临的一项挑战。

北京大学齐利民教授（点击查看介绍）课题组近年来利用基于单层胶体晶体（MCC）模板的胶体球刻蚀法实现了一系列功能性二维有序微纳米结构阵列的大面积可控制备，并探索了其在光子晶体传感器、等离激元纳米阵列、光电化学分解水、微透镜阵列等领域的潜在应用。最近，他们成功地将胶体球刻蚀法拓展至有机-无机杂化钙钛矿纳米阵列结构的可控制备，获得了基于CH3NH3PbI3纳米网的高性能光电探测器。他们通过简便易行的旋涂方法在硅基底上制备了大面积规整有序的CH3NH3PbI3纳米网，它呈现为底部通透的纳米碗阵列结构（孔径 ~1 μm），具有良好的结晶度，垂直方向的晶粒尺寸与纳米网的厚度相当（~ 550 nm）。若将钙钛矿纳米网直接制备在带有金电极的SiO2/Si基底上，可以方便地获得高性能的纳米网光电探测器。它对于可见光具有高的检测灵敏度和快的响应速度（~ 20 μs），对于700 nm单色光的响应度达到10.3 A/W，约为普通CH3NH3PbI3薄膜器件的6倍。这一方面是由于其独特的二维纳米网结构能够增强其对光的捕获，并且可以提供载流子的直接传输通道；另一方面是由于单层胶体晶体模板提供的限域空间可以减缓钙钛矿结晶过程从而提高其结晶度。该项研究揭示了胶体球刻蚀法在制备大面积规整有序的有机-无机杂化钙钛矿纳米阵列结构方面的应用潜力，为钙钛矿材料的形貌调控以及高性能光电器件的设计制备提供了新的思路。

这一成果近期发表于Advanced Functional Materials，文章的第一作者为北京大学博士研究生王文慧。该项研究得到了国家自然科学基金委和国家科技部的资助。

材料学

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