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陕西科大《Carbon》:石英衬底工艺上制备石墨烯叉指电极膜,用于高性能钙钛矿基光电探测器
出处:材料分析与应用  录入日期:2023-01-13  点击数:264

  1成果简介
  由于高吸收率和载流子收集效率,混合石墨烯叉指电极钙钛矿结构在光电探测器(PD)中显示出很高的价值。然而,在介电物质上直接形成石墨烯膜仍面临巨大挑战。特别是,多步骤转移和高能蚀刻工艺的参与阻碍了其发展。
  在此背景下,本文,陕西科技大学Bin Han、Shukai Ding等在《Carbon》期刊发表名为“High-performance hybrid graphene-perovskite photodetector based on organic nano carbon source-induced graphene interdigital electrode film on quartz substrate”的论文,研究提出了一种有机纳米碳源(ONCS)。石墨烯膜在石英衬底上的直接图案(GFqtz)是通过煅烧图案化的ONCS膜首次实现的,这是由于凝胶状态而通过丝网印刷技术简单实现的。
  提出了从ONCS到GFqtz的转换机制。具体而言,ONCS在煅烧过程中与石英衬底原位反应以诱导SiC纳米晶体层。然后,石墨烯膜由非有序石墨烯晶体层和排列的石墨烯晶体组成。最后,通过GFqtz叉指电极成功地构建了钙钛矿PD。与由Au叉指电极制造的PD相比,GFqtz钙钛矿PD在1V偏置电压下呈现出超低的检测光功率密度(0.5μW/cm2)。GFqtz钙钛矿PD的最大响应率和缺陷率(0.1A/W)和D*(2.6*1011 Jones)显示出比Au钙钛矿PD的值高一个数量级。
  2图文导读 

 

  图1.(I) 石英基底上直接图案石墨烯薄膜过程的说明。(II)从原始照片到图案化GFqtz的转化过程照片。

 

  图2.通过基于ONCS的策略制备的GFqtz的物理化学性质

 

  图3.(a,b)GFqtz-1300横截面的方案图和ABF-STEM图像,和(d)SiC纳米晶体层(对应于图b中的黑盒区域)的原子尺度HAADF-STEM图像以及单个SiC纳米晶体的对应FFT图案。

 

  图4.(a) GFqtz钙钛矿PD的结构示意图,(b,c)分别在沉积Au电极之后的GFqtz-1300叉指电极的背面和正面(3对,分别为0.2mm线宽和0.4mm线间距),以及(d)GFqtz-钙钛矿光电探测器,插图是通过扫描电子显微镜(SEM)表征的CH3NH3PbI3钙钛矿微线的形态。

 

  图5.(a, c) GFqtz-perovskite PD和商用Au数字间电极(10对,分别为85μm线宽和85μm线距)-perovskite PD在黑暗和655nm激光照明下的I-V曲线,光强范围为0. 5至2000μW/cm2,插图是Idark-V曲线,以及(b,d)GFqtz-perovskite PD(插图是在0.5和1μW/cm2的光开关细节,分别)和Au-perovskite PD在1V的光功率密度下测量的光开关特性。(该图的彩色版本可以在线查看)。

 

  图6.(a,c)GFqtz钙钛矿PD和Au钙钛矿PD的响应性和检测性,以及(b,d)GFqtz钙钛矿PD和金钙钛矿PD的时间光电流响应。
  3小结
  综上所述,本文设计了由液态油相和固相碳源组成的ONCS,用于在石英衬底上直接生长石墨烯膜。图案化的ONCS薄膜的煅烧可以直接在石英衬底上图案化石墨烯薄膜。此外,石墨烯叉指电极在获得高性能钙钛矿基光电探测器方面具有巨大的潜力,取代了商用金叉指电极。
  文献:

 

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