Fotodetector tipo p‐i‐n baseado em filme nanométrico 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

O perovskita de haleto de chumbo apresenta excelentes propriedades optoeletrônicas, como alto coeficiente de absorção de luz, longo comprimento de difusão de portadores e alta eficiência quântica de fluorescência, tornando-se um tema em destaque na pesquisa de fotodetectores (PDs). No entanto, a alta toxicidade biológica e a baixa estabilidade ambiental do perovskita de chumbo limitam o desenvolvimento e a aplicação desses dispositivos, sendo especialmente importante buscar materiais estáveis e de baixa toxicidade. Até o momento, materiais como Sn, Ge, Sb e Bi foram estudados, com perovskitas à base de bismuto sendo um dos candidatos devido à sua estabilidade, não toxicidade e banda proibida ampla. Muitos fatores influenciam o desempenho dos PDs, entre os quais a supressão da corrente escura é uma das formas importantes de melhorar o desempenho do dispositivo. Neste trabalho, por meio da rotoração por solução, o composto inorgânico CuSCN substituiu o tradicional PEDOT∶PSS como camada de transporte de buracos (HTL), produzindo um fotodetector tipo p‐i‐n com estrutura ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag. O nível da menor orbital molecular não ocupada (LUMO) do CuSCN é -1,5 eV, com uma barreira de injeção eletrônica de até 3,3 eV com ITO, muito maior que a barreira entre PEDOT∶PSS e ITO (1,8 eV), bloqueando de forma mais eficaz a injeção de elétrons do eletrodo ITO sob polarização reversa, reduzindo assim a corrente escura do detector. Sob iluminação monocromática de 425 nm em condições de autoalimentação, a corrente fotogerada alcança 6,87×10-6 A, a corrente escura é tão baixa quanto 3,52×10-11 A, com uma razão de comutação superior a 105, melhorando em duas ordens de magnitude em comparação com detectores baseados em PEDOT∶PSS. Além disso, os tempos de subida e descida são inferiores a 0,12 s, melhores que os detectores baseados em PEDOT∶PSS, atribuíveis à maior mobilidade de transporte de portadores em CuSCN. Os resultados indicam que o fotodetector com estrutura ITO/CuSCN/Cs3Bi2I6Br3/ZnO/Ag apresenta vantagens de autoalimentação, alta razão de comutação, estabilidade e não toxicidade, oferecendo uma estratégia viável para a comercialização.

关键词

Perovskita sem chumbo; fotodetector; camada de transporte de buracos; corrente escura

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