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JPhysD编辑优选：化学气相沉积制备高性能柔性CsPbBr3光电探测器

11 6月 2020 gabriels

本篇研究来自中南大学阳军亮教授和代国章副教授带领的研究团队。研究主要成果：

采用CVD法制备了微结构可调控的CsPbBr3钙钛矿薄膜，薄膜表现出优异的光稳定性。
建立了CsPbBr3薄膜微观结构与光电探测器性能的构效关系。
光电探测器具有良好的环境稳定性，暴露于55％的湿度环境中28天后，仍可以保持原始光电流的93％。
CVD法制备CsPbBr3薄膜适用多种基底（玻璃, SiO2/Si 和柔性PI等），可构建柔性光电探测器。

High-performance and Flexible CsPbBr3 UV-vis Photodetectors Fabricated via Chemical Vapor Deposition

Xing Li(李行), Xindi Mo(莫新娣), Yang Xiang(向阳), Guozhang Dai(代国章), Pei He(何培), Mei Fang(方梅), Jia Sun(孙佳), Han Huang(黄寒) and Junliang Yang(阳军亮)

通讯作者：

代国章，中南大学
阳军亮，中南大学

图1. CsPbBr3钙钛矿薄膜制备示意图及相关表征

图2. CsPbBr3钙钛矿薄膜光电探测器示意图及性能测试

图3. CsPbBr3钙钛矿薄膜光电探测器I-V曲线和器件性能

表1. CsPbBr3光电探测器性能参数汇总表

图4. CVD法在不同基底上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜及柔性器件制备及测试

综上所述，通过一步低压CVD法制备了高质量CsPbBr3钙钛矿薄膜，该薄膜避免了溶剂对钙钛矿结晶的影响。可以通过控制沉积温度获得具有不同形态和晶粒尺寸的钙钛矿薄膜。进一步研究了薄膜微结构与CsPbBr3钙钛矿薄膜光电探测器性能之间的构效关系。综合考虑器件的稳定性，结果表明在190℃温区制备的光电探测器具有最佳的性能。在405 nm的激光照射下，光电探测器的响应度、探测率、外量子效率、开关比分别为3.49 A/W、1.50×1013 Jones、1075.4％和3.29×105，表现出良好的性能。CsPbBr3薄膜光电探测器还具有快速的紫外和可见光区域的响应时间，为0.7 ms/1.0 ms。更重要的是，器件具有出色的长期湿度环境稳定性，暴露在55％的湿度环境中28天后，光电流仍可保持在初始电流的93％。高质量的钙钛矿薄膜可以在刚性玻璃和SiO2/Si基低及柔性PI基底上制备。这证明了通过CVD制备CsPbBr3薄膜对基底的依赖性较小。柔性器件在弯曲1000次后，光电流维持在其初始值的86％。结果表明，通过CVD法制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜在高性能光电器件领域，特别是对于柔性器件领域具有重要的应用潜力。

研究背景

CsPbBr3钙钛矿是一种典型的全无机卤化铅钙钛矿，相比较有机无机杂化钙钛矿，CsPbBr3具有更好的抗潮、抗氧、抗光和抗热等能力。同时CsPbBr3还具有良好的光电特性和灵活的维度调控特性，因此受到广泛关注。在过去的几年中，大多数无机CsPbBr3钙钛矿薄膜都是通过溶液法获得。然而，快速的反应过程和有机溶剂的使用对CsPbBr3钙钛矿的形态和结晶性具有负面的影响。无需溶剂的CVD法可以抑制材料中增益边界、表面缺陷和有机基团的产生，从而可以有效地提高载流子传输特性和材料稳定性。迄今，柔性CsPbBr3薄膜光电探测器及CsPbBr3钙钛矿薄膜微结构与光电探测器性能构效关系的研究还很少。因此CVD法制备柔性与高性能的CsPbBr3光电探测器对于推进钙钛矿光电器件的发展具有重要意义。

作者介绍

代国章，中南大学物理与电子学院，副教授，硕士生导师。湖南省光学学会理事，光电材料器件网专家组委员，中国材料研究学会会员，美国佐治亚理工学院访问学者。在Nature Commun., Adv. Mater., Nano Energy, J. Am. Chem. Soc, Nanoscale等国际知名刊物上发表论文50余篇；担任Nano Energy, Nanoscale, JMCC, SCMs等杂志审稿人。曾主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金和中国博士后科学基金多项。主要从事半导体物理、新型光电子材料和器件方面的教学与研究。

阳军亮，中南大学物理与电子学院，教授，博士生导师，柔性印刷电子团队负责人。教育部新世纪优秀人才、国家四青人才、英国皇家化学会高被引用学者。先后在英国华威大学、澳大利亚墨尔本大学、澳大利亚联邦科学与工业研究组织从事研究工作。在 Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Adv. Energy Mater. APL 等国际期刊发表论文180余篇（第一作者或通讯作者100余篇），SCI 引用3600余次，授权专利15项，专利技术转让4项。主持国家重点专项课题、国家自然科学基金、湖南省杰出青年科学基金项目等20余项。主要研究领域是柔性印刷电子及薄膜太阳电池。