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        材料學院劉明偵教授團隊在《Advanced Science》上發表研究成果
        發布日期:2020-04-26作者: 審核人:李翰超 閱讀次數:

        近日,材料與能源學院劉明偵教授團隊在國際著名期刊Advanced Science(《先進科學》)上發表題為“Vapor-Deposited Cs2AgBiCl6Double Perovskite Films toward Highly Selective and Stable Ultraviolet Photodetector”(蒸鍍Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦薄膜應用于高選擇性且穩定的紫外光電探測器)的研究論文。材料與能源學院為論文第一通訊單位,碩士研究生王銘為第一作者,劉明偵教授為本論文唯一通訊作者。

        光電探測器在工業和國防領域應用廣泛。鈣鈦礦光電探測器由于其優越的光電性能、低廉的制造成本,展現出與硅探測器、II-VI和III-V族半導體探測器相媲美的性能。傳統的鈣鈦礦半導體材料(例如(CH3NH3)PbI3)受限于較窄的可見光吸收帶邊,對紫外波段沒有特征響應。新型的全無機雙鈣鈦礦材料,A2B(I)B’(III)X6(晶體結構如圖一所示),通過異價置換的方式,采用三價和一價陽離子替換兩個鉛離子,極大拓展了材料的光電響應波段。其中,Cs2AgBiCl6具備優異的紫外吸收性能以及較長的載流子擴散長度,非常適合于制備紫外探測器件。但是,目前Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦材料的合成仍然限制在粉末、單晶和納米晶結構上,缺乏薄膜制備方法以及進一步對其紫外探測性能的研究,這阻礙了雙鈣鈦礦光電器件的發展。

        在該論文中,研究者采用分步蒸鍍法制備了化學計量比平衡、高結晶性以及形貌均勻平整的Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦薄膜,并且進一步制備了具有高選擇性紫外響應的穩定紫外光電探測器。圖一描述了Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦薄膜的制備過程、晶體形貌特征。研究人員精細地調控CsCl、BiCl3和AgCl蒸發源的沉積比例,同時系統探究薄膜退火溫度、薄膜結晶性和薄膜表面形貌三者的相互作用關系,獲得了了致密均勻、結晶性高的Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦薄膜。進一步,優化電子與空穴傳輸層層,制備了紫外光電探測器。如圖二所示,器件展現出在紫外光UV-A區域的高選擇性探測性能(探測波長370nm,半高寬為67 nm),響應度達到10 mA·W-1,探測率達到1012Jones。并且,器件具有良好的光強線性響應性能。本工作制備的Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦紫外探測器,其性能超過了目前先進的TiO2、SnO2和GaN等紫外探測器,奠定了雙鈣鈦礦光電器件未來的發展基礎。

        說明: E:\Onedrive\Ming\Paper Manuscript\Figures\2nd\Figure one-second version-2.tif

        圖一、Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦晶體結構、分步蒸鍍示意圖以及薄膜化學組分、結晶性和微觀形貌表征

        說明: E:\Onedrive\Ming\Paper Manuscript\Figures\2nd\Figure three version 2-2.tif

        圖二、Cs2AgBiCl6雙鈣鈦礦紫外探測器件結構示意圖以及紫外響應度、探測率和線性響應性能

        Advanced Science刊登的研究成果涉及材料科學、物理化學、生命科學以及工程方面,報告領域內取得的重大進展。劉明偵教授團隊主要從事新能源材料及光電子器件研究,主要研究方向有高效率有機-無機雜化、全無機、無鉛鈣鈦礦太陽能電池以及鈣鈦礦發光和探測器器件的研發與應用。近年來,該團隊已在ACS Energy Letters, Nano Energy,Journal of Materials Chemistry A等國際著名期刊上發表多篇論文。該工作特別受到了“四川省青年科技創新研究團隊”專項計劃的資助。


        論文鏈接:

        https://doi.org/10.1002/advs.201903662

        團隊主頁鏈接:

        http://optoelectronics.uestc.edu.cn/

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