【材料】非对称性创造的可能性——多功能光电器件学术资讯

来源：X一MOL资讯

随着单功能器件的日益成熟，其发展已临近固有的限制。将多个单功能光电子器件集成到单一系统中是拓展其功能应用的主要途径。传统实现多功能产品的技术需要首先制造一系列单功能器件，然后将其集成到系统中，无疑增加了制造的复杂性、生产周期和产品成本。因此，开发在单一器件结构上实现具有多功能的技术备受期待，因为这不仅可以简化制造工艺、降低制造成本、提高系统集成度，还可扩展应用领域。

众所周知，“光-电”器件与“电-光”器件对半导体材料的要求几乎是相同的，如都需要长载流子寿命和扩散长度、低的缺陷密度等。但是，单个器件结构中赋予多种功能一直是极具挑战性的。在光电器件中，“光-电”与“电-光”转换是相反的物理过程，其所依赖的电荷提取和电荷注入物理过程发生在相同界面。同时，对单个器件而言，人们倾向于采用对称性的结构设计，对称之美已经深入人心。对称结构便于单向传输，但是要同时实现有效的电荷提取和电荷注入显得尤为困难。近日，来自深圳大学与香港科技大学的研究人员发现，通过引入非对称活性层的设计概念，在此概念基础上，通过采用无机钙钛矿CsPbBr3与CdSe量子点，研究人员展示了一种多功能光电子器件。具有非对称活性层的器件不仅能在活性层内部实现有效的电荷分离/激子解离，还能在完成载流子注入/复合的同时抑制物质内部和界面的非辐射复合（图1）。基于此单一结构的器件不仅能够作为高效的多色发光二极管（图2），还能实现有效的光伏能量收集和超敏超快的光探测（图3）。非对称活性层的概念为未来设计高效的多功能器件提供了可行的途径。

图1. 非对称的设计概念。对称的器件结构中（左），载流子分离与载流子注入发生在同一界面；非对称器件结构中，载流子分离与载流子注入发生在不同界面，可有效分开分离与注入过程。

图2. （A）异质结器件在不同偏压下相应的CIE 1931坐标，图中提供CsPbBr3和CdSe单活性层器件的CIE坐标以供参考；（B）异质结器件的发光强度与施加电压的函数关系，在测量期间，该装置由385 nm的UV光激发；（C）正向偏置下器件工作原理图，俄歇辅助的电荷上转换过程在步骤2、3和4中的描述（红色指示线）；（D）红光的电流收益随电压的变化；（E）绿光的电流收益随电压的变化；（F）不同器件结构下器件的红光/绿光之比。

图3.（A）光收集（LH）/光探测（LD）模式下器件工作的原理图；（B）不同活性层结构器件的J-V曲线；（C）CsPbBr3单层器件和异质结器件的光/暗电流比，入射的白光强度为0.8mW•cm-2；（D）不同光强度下的光响应；（E）在斩波器驱动的蓝色LED光源（400 nm）照射下响应的光电流。响应时间定义为最大光电流的10％-90％之间的时间；（F）器件在-0.5 V偏压下的响应度。

相关研究成果发表在Advanced Functional Materials上。深圳大学的本科生任鐾韬为该论文的第一作者，深圳大学的李贵君教授为论文的通讯作者。

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