文獻:J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 5935?5942
將有機Eu配合物的分子層與鹵化物鈣鈦礦(MAPbI3)納米晶體的表面共混,以控制光激發(fā)鈣鈦礦和金屬電極之間的電荷傳輸。發(fā)現雜化的納米薄膜很薄,可基于光激發(fā)的鈣鈦礦納米顆粒上的空穴積累并在低外部偏壓(-0.5 V)的作用下穿過Eu絡合物分子進行電荷隧穿,從而引起有效的光電倍增反應?;贓u絡合物和鈣鈦礦吸收體的光電檢測裝置顯示出對弱單色光(<1 mW cm-2)的量子轉換效率高達290000%的極高量子轉換效率,從而產生光感應電流,產生的功率響應值高達1289 A W-1。通過使用具有高表面積的鈣鈦礦納米顆粒(<5 nm)與Eu絡合物接觸,可以實現光檢測的高靈敏度,而通過使用厚而大的鈣鈦礦層降低了靈敏度。
a.TCO / Eu2O3 / meso-TiO2 / MAPbI3 / Eu-terpy / Ag器件的SEM截面圖和MAPbI3納米結構與介孔TiO2上化學吸附的Eu-terpy配合物的連接模型 b. 涂有MAPbI3和Eu-terpy的meso-TiO2的TEM截面圖 c. 用MAPbI3和Eu-terpy包覆的介孔TiO2的EDS作圖 d. meso-TiO2 / MAPbI3 / Eu-terpy(紅色),meso-TiO2 / MAPbI3(紫色)和meso-TiO2(橙色)的XRD圖譜 與MAPbI3本身(虛線)相比,在Meso-TiO2上涂有Eu(實線)的MAPbI3的(a)I 3d和(b)Pb 4f XPS c.與EuCl3薄膜(虛線)相比,在MAPbI3負載的介孔TiO2上的Eu的3d XPS帶(實線) d. 在MAPbI3上,N1s的terpy XPS帶與Eu配位。MAPbI3顯示了一個N 1s XPS譜帶,其起源于MA的399.6 eV(點虛線)和terpy本身的398.6 eV(短劃線) a. 用光吸收邊和UPS測量估算了TCO/Eu2O3/介孔-TiO2/MAPbI3/Eu?terpy/Ag器件的能級圖 b. J-V曲線在弱模擬AM1.5太陽光(紅線,1 mW cm-2)、波長超過495nm的可見光(綠線,0.7 mW cm-2)、365nm的紫外光(藍線,0.3 mW cm-2)和暗電流(灰線)的照射下 c. 在?0.5V的反向偏置下,光電流EQE的光譜 a.在單色光照射下0.76 mW cm-2(550 nm),在施加電壓為-0.5 V時,具有MAPbI3納米顆粒(0.15 M前驅體溶液)的器件的光反應(J-T曲線),與(b)完全覆蓋在TiO2表面的MAPbI3薄膜(1.5 M前驅體溶液)的器件相比 由MAPbI3納米顆粒和界面Eu-terpy復合層組成的相當薄的層的結構對增強光倍增和實現高響應的光檢測至關重要。 施加反向偏壓下TCO / Eu2O3 / meso-TiO2 / MAPbI3 / Eu-terpy / Ag器件的光電倍增過程示意圖 a.黑暗條件 b.光吸收和載流子產生 c.空穴在界面處俘獲和積累,從而產生內置電場 d.從電極進行外部電荷隧穿注入 電子隧穿的發(fā)生是由于在MAPbI3和Eu-terpy絡合物的界面處被俘獲的空穴引起的內建場。在MAPbI3的光激發(fā)下,電子轉移到TiO2的導帶中,并且在MAPbI3價帶中產生的空穴積累在MAPbI3和Eu-terpy絡合物的界面上。在反向偏置電勢下累積的空穴在界面處產生一個內置場,該場允許電子隧穿至MAPbI3的導帶,從而導致電流的光電倍增。 總之,通過使用鈣鈦礦納米顆粒作為可見光吸收劑嵌入了Eu-terpy配合物和TiO2介孔膜之間的界面,證明了有機-無機雜化納米結構光電探測器的制造。與通過較大的施加電壓(約100V)工作的雪崩光電二極管(如Si和GaAs)不同,該研究制造的器件具有很高的EQE,相應的響應度為1289 AW-1。在-0.5 V的低工作電壓下檢測低強度光(<1 mW cm-2)。光電檢測的信噪比約為10^6,這是由于有機配體對背景暗電流的強烈抑制。通過在鈣鈦礦納米顆粒和Eu-terpy復合薄層組成的特定界面上通過隧穿注入捕獲的電荷進行光電倍增,會導致光電流的大幅度放大?,F在正在進行進一步的研究,以將設備的靈敏度擴展到近紅外光,并將這些高度敏感的設備應用于傳感應用,例如高分辨率成像和生化檢測。