用于高效圆偏振光光电探测器的手性准二维钙钛矿

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传统的圆偏振光光电探测器依赖于线偏振片和四分之一波片等光学元件。这种复杂的结构不能满足微型化的趋势,同时与新兴的可穿戴技术也很难兼容。有机-无机卤化钙钛矿由于优异的光电性质,在光电领域有着广阔的应用前景。将手性有机胺引入到晶格中,赋予了二维钙钛矿固有手性,使直接圆偏振光探测成为了可能。然而,二维钙钛矿具有强电子-声子耦合和较低的面外迁移率,引入了非辐射复合路径降低了材料的半导体性质。因此,迫切需要探索新型手性钙钛矿材料以提高圆偏振光的探测效率。准二维钙钛矿因其杰出的半导体特性而成为有力的候选材料。本文深入研究了手性准二维钙钛矿材料的固有特性,进行了各种光学和电学表征,包括广角X射线散射(GIWAXS)、瞬态吸收(TA)、空间电荷限制电流(SCLC)、时间分辨光致发光(TRPL)和霍尔效应测试等。新的创新解决方案为实现高效、灵敏、耐用的柔性圆偏振光光电探测器奠定了基础。通过降温结晶的方法生长手性准二维钙钛矿单晶([(R)-β-MPA]2MAPb2I7和[(S)-β-MPA]2MAPb2I7),研究了其固有手性和对圆偏振光的探测能力。通过引入还原剂和表面热退火工艺尽可能去除缺陷态密度来提高晶体质量。基于优化后的准二维钙钛矿单晶的光电探测器表现出对圆偏振光光子偏振态的区分能力和出色的探测性能。特别是,获得的响应度比目前报道的二维钙钛矿圆偏振光光电探测器高出一个数量级。这个结果证明基于手性准二维钙钛矿薄膜的柔性光电探测器有望实现高性能的圆偏振光探测。在此基础上,通过一步旋涂法制备了手性准二维钙钛矿薄膜。通过对该薄膜的结晶动力学进行调控,改善了薄膜的面内载流子传输。此外,对结晶动力学的调控机理进行了详细阐述。实验证明,具有均匀能量景观、平行取向的钙钛矿薄膜对获得的光电探测器的载流子收集效率的最大化至关重要。所得到的柔性光电探测器的响应度和线性动态范围与报道结果相当。该器件还表现出卓越的机械灵活性和耐久性,代表了灵敏的柔性圆偏振光光电探测器有希望的候选者。
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