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Advanced Functional Materials:高性能有机无机钙钛矿纳米晶光检测器

将光子转换成电子是自然界中的一种常见现象。自从20世纪初阿尔伯特·爱因斯坦首次提出光电转换现象的工作机理以来,基于该原理的功能器件被不断研制出来。其中,光检测器是一种在科学界和工业界都得到广泛应用的器件,例如数据存取、光纤通信、实时监控、光学准直和数码摄影等等。这些应用高度依赖于器件的性能,如开关比、响应度、检测度、光增益和线性动态范围等等,而在同一个器件里将上述指标同时提升仍然是一个非常具有挑战性的课题。

近期,北京大学化学与分子工程学院、北京分子科学国家科学中心郭雪峰教授课题组及其合作者在高性能光检测器研发方面取得重要进展。他们采用有机无机钙钛矿纳米晶作为光响应活性材料,碳基电极分子结作为器件结构构筑了一系列可以在常温常压等温条件下工作的光检测器,并在同一个器件上实现了高的检测性能,包括开关比、响应度、检测度、光增益和线性动态范围等等。值得注意的是,其中响应度和光增益超过了以往文献报道的最好水平。并且,这一系列器件都具有很好的弱光检测功能,其检出限甚至达到了每秒一个单光子的能量水平。

Advanced Functional Materials:高性能有机无机钙钛矿纳米晶光检测器

上述进展主要得益于器件结构和活性材料的合理选择,在水平方向上采用光电导模式,而在垂直方向上则引入光二极管工作机制。这一杂化工作原理可以将光电导器件和光二极管各自的优势同时集成到同一器件上,最终在单一器件上实现各种检测性能的全面提升。因此,该项工作不仅报道了一类性能优异的器件,同时提出了新的工作机制,为发展新型高性能光电子器件提供了新的思路。

该项工作最近在线发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201705589)上。本文(共同)第一作者是林源为博士和林国明博士,北京大学郭雪峰教授和孙宝云教授为通讯作者。



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