通过聚合物介质改进钙钛矿光电二极管性能
材料科学
2024-07-04 v1 应用物理
摘要
氟化物钙钛矿基光电二极管在宽广光谱范围内具有良好的检测效率。钙钛矿吸收薄膜具有微晶形貌，表面态和晶粒界界面缺陷密度高。在本工作中，我们采用介电-铁电聚合物聚(vinylidene-fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) 修改钙钛矿光电二极管的bulk界面和电子传输界面。我们的复杂工作表明，与介电夹层相比，P(VDF-TrFE) 引起显著的费米能级锁定，将内在钙钛矿的能带边际从 4.85 eV 降至 4.28 eV。将 P(VDF-TrFE) 集成到钙钛矿薄膜中并未影响其形貌和晶体结构，但显著改变了电荷传输和器件性能。IV 曲线分析和 2 双极子模型计算显示，器件的 shunt 特性显著提升，非理性因子降低，饱和暗电流减小。我们证明了将 P(VDF-TrFE) 引入吸收材料的bulk以及其表面的复杂做法对于减少捕获过程的影响至关重要。对于含 P(VDF-TrFE) 的器件，我们将特异探测灵敏度从 10^11 提升至 10^12 Jones，线性动态范围扩展至 100 dB，等效噪声功率降至 10^-13 W*Hz^-0.5。显著降低非辐射复合贡献显著提升了器件性能，将升降时间从 6.3/10.9 μs 缩短至 4.6/6.5 μs。在介电介质的引入后，3 dB 截止频率从 64.8 kHz 提升至 74.8 kHz。这些结果为理解基于钙钛矿异构结构的探测器中有机介质的使用提供了新的见解，并加深了对陷阱态和离子缺陷补偿的理解。
引用
@article{arxiv.2407.03260,
title = {Improvement of the perovskite photodiodes performance via advanced interface engineering with polymer dielectric},
author = {A. P. Morozov and L. O. Luchnikov and S. Yu. Yurchuk and A. R. Ishteev and P. A. Gostishchev and S. I. Didenko and N. S. Saratovsky and S. S. Kozlov and D. S. Muratov and Yu. N. Luponosov and D. S. Saranin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2407.03260},
year = {2024}
}