Photodétecteur de type p‐i‐n basé sur un film nanométrique CuSCN/Cs3Bi2I6Br3

XIE Guo-ao ,  

WANG Ya-qi ,  

LI Gen ,  

ZENG Min ,  

HUANG Hao ,  

DENG He-ming ,  

HU Yong-ming ,  

GU Hao-shuang ,  

LI Yue-bin ,  

摘要

Le pérovskite halogénure de plomb présente d'excellentes propriétés optoélectroniques telles qu'un fort coefficient d'absorption de la lumière, une longue longueur de diffusion des porteurs et une haute efficacité quantique de fluorescence, ce qui en fait un sujet de recherche actuel dans le domaine des photodétecteurs (PDs). Cependant, la forte toxicité biologique du pérovskite au plomb et sa faible stabilité environnementale limitent le développement et l'application de ces dispositifs, d'où l'importance de rechercher des matériaux à faible toxicité et stables. Jusqu'à présent, des matériaux tels que Sn, Ge, Sb, Bi ont été étudiés, parmi lesquels les pérovskites à base de bismuth sont l'un des candidats en raison de leur stabilité, non-toxicité et large bande interdite. De nombreux facteurs influencent la performance des PDs, parmi lesquels la suppression du courant d'obscurité est un moyen important d'améliorer les performances des dispositifs. Cet article remplace la couche de transport de trous (HTL) traditionnelle PEDOT∶PSS par un composé inorganique CuSCN déposé par spin-coating en solution, fabriquant un photodétecteur de type p‐i‐n avec une structure ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag. Le niveau d'énergie du plus bas orbital moléculaire inoccupé (LUMO) de CuSCN est de -1,5 eV, avec une barrière d'injection électronique élevée jusqu'à 3,3 eV avec l'ITO, bien supérieure à celle entre PEDOT∶PSS et ITO (1,8 eV), ce qui bloque efficacement l'injection d'électrons depuis l'électrode ITO sous polarisation inverse, réduisant ainsi le courant d'obscurité du détecteur. Sous illumination monochromatique 425 nm en auto-alimentation, le courant photocourant atteint 6,87×10-6 A, avec un courant d'obscurité aussi bas que 3,52×10-11 A, un rapport marche/arrêt dépassant 105, soit une amélioration de deux ordres de grandeur par rapport au détecteur à base de PEDOT∶PSS. De plus, les temps de montée et de descente sont inférieurs à 0,12 s, supérieurs au détecteur basé sur PEDOT∶PSS, ce qui est attribué à une mobilité de transport de porteurs plus élevée dans CuSCN. Les résultats montrent que le photodétecteur avec la structure ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag possède les avantages d'auto-alimentation, de rapport marche/arrêt élevé, de stabilité et de non-toxicité, offrant une stratégie réalisable pour la commercialisation.

关键词

pérovski sans plomb; détecteur optoélectronique; couche de transport de trous; courant d'obscurité

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