基于钙钛矿纳米颗粒/有机半导体单晶复合结构的双波段光电晶体管学术资讯

来源：X一MOL资讯

有机小分子半导体单晶材料具有优异的光吸收能力、良好的机械柔韧性和低制备成本，其光电性质显著优于相应的非晶或多晶薄膜体系，因此被广泛用于构筑高性能的有机光电晶体管。但是有机小分子半导体通常只吸收特定波段的光，其光电晶体管一般表现出狭窄、单一波段的光谱响应，难以实现宽波段的光电响应。有机-无机杂化钙钛矿是一种性能优异的新型光电材料，它在可见光段具有很高的光吸收系数，且载流子扩散长度和寿命长，已被广泛应用于光伏、发光等器件领域。那么，是否可以将有机-无机杂化钙钛矿材料与有机单晶半导体材料结合在一起，拓宽它们各自的光谱响应范围呢？近日，苏州大学的揭建胜团队成功制备了钙钛矿纳米颗粒/有机半导体单晶阵列复合结构，并实现了其在双波段光电晶体管和安全通信中的应用。

双波段光电探测器可以工作于两个不同的光谱范围，比如紫外-可见，或者可见-红外等，在光通信、多色图像传感和生物化学分析等领域中有独特的应用前景。苏州大学的揭建胜团队通过一步浸涂法成功制备了钙钛矿纳米颗粒/有机半导体单晶阵列复合结构，并用于构筑双波段光电探测器。在实验中，首先利用溶剂交换法制备出晶体质量高、尺寸可调的单晶CH3NH3PbI3纳米颗粒。然后利用浸涂法一步制备CH3NH3PbI3纳米颗粒/C8-BTBT微米带复合结构，在复合结构中钙钛矿纳米颗粒均匀地分散在有机半导体单晶表面，两者之间形成物理结合。基于复合结构的光电探测器在252-780 nm的紫外-可见光谱范围内都具有超高的光响应度，达到1.72 × 104 A/W。器件的紫外光响应主要源于宽禁带有机半导体C8-BTBT对紫外光的吸收，而器件的可见光响应则是CH3NH3PbI3纳米颗粒与C8-BTBT的协同作用，源于光照下钙钛矿纳米颗粒中载流子向有机单晶的迁移。相关的载流子迁移过程可以用原位开尔文探针力显微镜（KPFM）得到证实。复合结构器件具有良好的重复性，并且具有独特的持久光电导效应。10 × 10像素点的光电晶体管阵列在安全通信方面也显示出潜在的应用前景。钙钛矿纳米颗粒/有机半导体单晶复合结构的成功制备，为高效、低成本溶液法构筑双波段光电晶体管提供了可行的思路。

这一成果近期发表在ACS Nano上，文章的第一作者是苏州大学的徐秀真和邓巍博士。

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Dual-Band, High-Performance Phototransistors from Hybrid Perovskite and Organic Crystal Array for Secure Communication Applications

Xiuzhen Xu, Wei Deng, Xiujuan Zhang, Liming Huang, Wei Wang, Ruofei Jia, Di Wu, Xiaohong Zhang, Jiansheng Jie, Shuit-Tong Lee

ACS Nano, 2019, 13, 5910−5919 DOI: 10.1021/acsnano.9b01734

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