匯報人：基于全無機溴化銫鉛量子點的柔性自供電光電檢測器組目錄01摘要02晶體結(jié)構(gòu)與形貌分析03光電性能與機制探討04機制與性能優(yōu)化策略05光電探測器性能均勻性06總結(jié)與展望01摘要柔性量子點光電檢測器組柔性設(shè)備興起：柔性設(shè)備因其對可穿戴便攜式應用的潛能而備受關(guān)注；基于全無機溴化銫鉛量子點的柔性自供電光電檢測器組被成功制備。量子點性能提升：溴化銫/溴化鉀介導的溴化鉛銫量子點具有改善缺乏密度降低的表面形態(tài)和結(jié)晶態(tài)，系統(tǒng)材料特征表明其載流子傳輸、光致發(fā)光效率和壽命大幅提升。柔性光電檢測器卓越：通過最佳的溴化銫/溴化鉀處理工藝制備而成的柔性光電檢測器組表現(xiàn)出了1.3伏特的高開路電壓、每瓦特10.1安培的響應率、9.35×1013瓊斯的比探測率，并且開關(guān)比高達約10?。自供電與穩(wěn)定性強：杰出柔性和電子穩(wěn)定性在1600次彎曲循環(huán)后性能退化可忽略；統(tǒng)一光響應分布，對實際成像系統(tǒng)意義重大，推動鈣鈦礦產(chǎn)品在實際中應用。物聯(lián)網(wǎng)與柔性光電子器件物聯(lián)網(wǎng)變革生活物聯(lián)網(wǎng)（IoT）被期望于重塑甚至變革人類的日常生活，作為IoT基本的技術(shù)，柔性光電子器件，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的研究關(guān)注。高性能光電探測重要剛性基板局限多高性能的光電探測在很多領(lǐng)域極為重要，包括光通信、成像和環(huán)境監(jiān)測；目前，氮化鎵（GaN）、硅（Si）、銦鎵砷（InGaAs）和其他半導體已經(jīng)主導著紫外到近紅外光電探測市場。探測器大多裝配在剛性基板上，且通常需要較厚的活性材料來進行光子探測，因此，它們與柔性系統(tǒng)不兼容，也不適合低成本制造。123柔性材料研究：對柔性設(shè)備的需求已經(jīng)推動了對可彎曲的新興功能材料的研究；各種功能材料已經(jīng)被研究出來為了建造柔性光電探測器，如零維（0D）半導體納米結(jié)構(gòu)、二維層狀材料和鈣鈦礦。CsPbBr3QDs特性：量子限域效應使CsPbBr3QDs發(fā)光顏色可調(diào)；提高CsPbBr3QDs的量子產(chǎn)率和電荷載流子平衡的解決方案至關(guān)重要，包括配體密度控制、原子配體方案和配體交換策略。合成過程需優(yōu)化：高溫和/或復雜的合成過程，這與鈣鈦礦簡單且經(jīng)濟高效的組裝理念相違背；簡便的一鍋法合成全無機CsPbBr3QDs的方法被展示在環(huán)境條件下。OHPs特性與問題：鈣鈦礦具有高吸收系數(shù)、可調(diào)節(jié)帶隙等特性，但有機部分穩(wěn)定性差，影響器件性能；低維全無機溴化鉛銫量子點（CsPbBr3QDs）具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性。柔性光電探測材料研究柔性光電探測器性能優(yōu)異由經(jīng)過CsBr/KBr處理的CsPbBr3QDs制備的柔性自供能光電探測器陣列展現(xiàn)出更優(yōu)異的器件性能。陣列特性顯著陣列展現(xiàn)出顯著的耐折疊性、電學穩(wěn)定性和性能均勻性，為實際應用提供了有力支持。自供電模式性能卓越在自供電運行模式下，響應度和探測率分別達到10.1A/W和9.35×10^13瓊斯，分別提高了300%以上和1000%以上。CsBr/KBr輔助合成在環(huán)境條件下，通過簡便的一鍋法合成全無機CsPbBr3QDs，采用CsBr/KBr輔助策略改善電學和光學性質(zhì)。一鍋法合成CsPbBr3QDs制備流程圖前驅(qū)體混合比例定義成膜過程將制備好的Cs^+和PbBr2前驅(qū)體與己烷和2-丙醇混合，混合物在幾秒內(nèi)立即變黃；將CsBr/KBr前驅(qū)體注入混合物中，其比例從0.025增加到0.3。CsBr/KBr前驅(qū)體與PbBr2前驅(qū)體在相同的混合溶劑中制備；隨后進行離心、純化和再分散，以去除制備好的膠體CsPbBr3QDs中的無關(guān)溶劑。比例定義為x=[Cs+/K+]/([Cs+/K+]+[Cs+])（單位為摩爾），代表著在CsBr/KBr前驅(qū)體的[Cs+/K+]在溶液中一價陽離子總量中的占比。通過旋涂和熱退火技術(shù)，將制備好的膠體CsPbBr3QDs沉積在基底上，形成均勻的薄膜，進一步提高薄膜的質(zhì)量和穩(wěn)定性。合成與性能優(yōu)化策略02晶體結(jié)構(gòu)與形貌分析制備與純化方法在環(huán)境條件下，通過簡便的一鍋法合成全無機CsPbBr3QDs，采用CsBr/KBr輔助策略改善其電學和光學性質(zhì)。光電探測器陣列性能由經(jīng)過CsBr/KBr處理的CsPbBr3QDs制備的柔性自供能光電探測器陣列展現(xiàn)出更優(yōu)異的器件性能。制備與純化方法透射電子顯微鏡晶體結(jié)構(gòu)檢測通過透射電子顯微鏡（TEM）對合成的膠體CsPbBr?QDs的晶體結(jié)構(gòu)進行了檢測，以了解其在不同條件下的晶格變化。晶格常數(shù)變化分析尺寸分布與EDX分析原始的CsPbBr?QDs和0.025Cs?/K?輔助的CsPbBr?QDs均呈現(xiàn)出清晰的晶格條紋，其晶格常數(shù)分別約為2.91?和2.72?。通過尺寸分布分析，發(fā)現(xiàn)添加CsBr/KBr后，CsPbBr?QDs的平均尺寸從7.67nm略微減小到7.45nm；并采用EDX檢測。123能量色散X射線光譜元素分布檢測引入Cs?/K?后，薄膜中有少量鉀（K）均勻分布，這表明添加劑成功摻入，為進一步提升材料性能奠定基礎(chǔ)。030201XPS分析驗證XPS分析顯示，加入CsBr/KBr后，Cs3d、Pb4f和Br3d的結(jié)合能先增加后減少，表明鉀離子插入影響了晶體結(jié)構(gòu)。K離子嵌入證據(jù)XPS譜圖中出現(xiàn)K2p1/2和K2p3/2態(tài)的峰，進一步證實了K+離子的嵌入，與EDX結(jié)果一致，為鈣鈦礦薄膜的性能提升提供了直接證據(jù)。隨著x從0.025增加到0.3，鈣鈦礦薄膜的表面形貌顯著改善，針孔數(shù)量大大減少且尺寸更小，尤其當x=0.025時效果最顯著。X射線光電子能譜表面形貌的演變CsBr/KBr添加劑不僅減少了鈣鈦礦薄膜中的針孔，還改善了薄膜的覆蓋性和基底親和性，使表面形貌更加致密和平滑。形貌特征與粗糙度XRD測量表明，注入添加劑后未破壞原始的結(jié)晶度，特征峰位于21.8°處對應于正交相CsPbBr?結(jié)構(gòu)的（112）晶面。XRD測量與晶格特征03光電性能與機制探討鈣鈦礦薄膜的形貌AFM分析結(jié)果添加劑的效果形貌改善的意義原始鈣鈦礦薄膜存在較大的針孔，覆蓋性差；引入CsBr/KBr添加劑后，薄膜表面更致密，針孔數(shù)量大大減少且尺寸更小。通過AFM的輕敲模式，我們發(fā)現(xiàn)0.025CsBr/KBr介導的薄膜表面相對光滑，表面粗糙度最?。?7.6nm），這可能是由于團聚得到了抑制。0.025比例CsBr/KBr輔助的鈣鈦礦薄膜效果最佳，這歸因于較小膠體的分布和更好的基底親和性；繼續(xù)增加添加劑量，薄膜表面粗糙度增加。表面形貌的顯著改善表明，對CsPbBr3QDs的添加劑處理是有效的，這可能有助于載流子傳輸并降低漏電流，從而提升器件性能。表面形貌演變XRD測量結(jié)果XRD測量顯示，注入添加劑后未破壞原始的結(jié)晶度；特征峰位于21.8°處，對應于正交相CsPbBr3結(jié)構(gòu)的（112）晶面，由于晶面間距的轉(zhuǎn)變，該峰略微向右移動。d間距的變化根據(jù)布拉格方程（2dsinθ=nλ），這表明隨著添加劑的注入，d間距減小，這與TEM結(jié)果一樣；這提供了關(guān)于添加劑對鈣鈦礦晶格結(jié)構(gòu)影響的直接證據(jù)。晶格特征分析發(fā)射性能的改善適量添加CsBr/KBr的CsPbBr?量子點薄膜具有最窄的半高寬FWHM約為26nm，這表明其發(fā)射性能和晶體質(zhì)量得到了改善。吸收光譜的變化摻雜CsPbBr?量子點薄膜的穩(wěn)態(tài)吸收光譜在530nm左右呈現(xiàn)出尖銳的吸收邊；用Tauc方法繪制光譜以確定相應的光學帶隙能量。帶隙能量的藍移由于晶格壓縮和膠體尺寸減小，CsBr/KBr摻雜使帶隙能量從2.340eV輕微藍移至2.348eV，這表明了CsBr/KBr混合物摻入的影響。發(fā)射光譜的藍移圖2e展示了量子點薄膜在405nm激光激發(fā)下的發(fā)射特征；可以明顯看出，引入添加劑后，所有峰仍保持對稱且尖銳。光學性質(zhì)表征TRPL衰減曲線分析通過獲取歸一化時間分辨光致發(fā)光（TRPL）衰減曲線，我們使用雙指數(shù)函數(shù)進行擬合，以確定不同摻雜水平下CsPbBr3QDs的載流子壽命及其分布。過量添加劑的影響當進一步引入CsBr/KBr（x>0.075）時，載流子壽命縮短；這可能是由于過量處理后引入了更多雜質(zhì)，這些雜質(zhì)產(chǎn)生了非輻射復合中心。光致發(fā)光壽命的延長從物理角度來看，這些中心可以為光激發(fā)激子的快速弛豫提供局部位點；因此，可以合理推測，光致發(fā)光壽命的延長源于量子點薄膜中激子復合的有效抑制。壽命變化的分析發(fā)現(xiàn)當摻雜比例x=0.025和x=0.075時，CsBr/KBr輔助的鈣鈦礦薄膜的載流子壽命延長了50%以上；這可以歸因于間隙陽離子和深陷阱態(tài)誘導的中間能級。載流子動力學研究光電探測器性能光電探測器的制備研究人員使用添加了不同比例CsBr/KBr的鈣鈦礦薄膜，成功制備了全無機CsPbBr量子點基柔性光電探測器陣列；該陣列具有良好的柔韌性，每個芯片被劃分為九個區(qū)域。光電探測器的性能在室溫下，分別用405nm、450nm和520nm的激光照射，測量這些光電探測器的光響應特性；發(fā)現(xiàn)經(jīng)CsBr/KBr處理x=0.025的光電探測器表現(xiàn)出明顯的光響應。光電流的提升根據(jù)I-V曲線，當混合比例x=0.025時，經(jīng)CsBr/KBr處理的光電探測器在反向偏壓為-1.5V、受405nm激光照射的情況下，光響應電流(Ilight)比對照器件大了約91%。光電探測器性能暗電流的降低基于0.025和0.075CsBr/KBr摻雜的CsPbBr3QDs的光電探測器陣列的暗電流更小，幾乎比原始器件低一個數(shù)量級；這與形貌演變特征一致，表明了適當比例的CsBr/KBr至關(guān)重要。開路電壓的提升響應度和探測率從不同光照下的I-V曲線中評估了Voc，發(fā)現(xiàn)當摻雜比例為0.025時，Voc均達到最高值；這表明誘導的光伏效應很強，特別是在自供電模式下運行時光電流與暗電流的比值顯著提高。響應度RA和比探測率D^*均表現(xiàn)出色，均超過了3.2AW?1和1×1011Jones；而0.025CsBr/KBr輔助的器件在405nm激光照射下，分別高達21A/W和9.35×10^13瓊斯。123性能優(yōu)勢的總結(jié)性能最佳的像素在-1.5V偏壓下響應度達21A/W，自供電模式下比探測率超9.35×10^13瓊斯，開路電壓為1.30V，外部量子效率（EQE）超過6400%；這歸功于成膜質(zhì)量的改善等。性能提升的機制適量CsBr/KBr添加劑的引入有利于構(gòu)建高性能的光電器件；通過填補Br?空位和抑制非輻射復合，CsBr/KBr摻雜方案提升了晶體質(zhì)量和光學性能，從而優(yōu)化光電器件的表現(xiàn)。光電探測器性能04機制與性能優(yōu)化策略CsBr/KBr處理機制處理方案與機制01為理解CsBr/KBr處理方案，構(gòu)建示意性晶體結(jié)構(gòu)，展示配體與鹵離子競爭形成扭曲八面體，導致Br?空位影響載流子復合動力學。摻雜方案與影響02CsBr/KBr摻雜引入過量Br和K?，填補空位并補償鹵化物，抑制非輻射復合和鹵化物遷移，提升光致發(fā)光和載流子壽命。離子半徑與反應03K?半徑小，可填充A位空位，壓縮晶格并藍移；額外Cs?與PbBr?充分反應，提高產(chǎn)率，避免形成CsPb?Br?等衍生物。摻雜量與性能04最佳CsBr/KBr添加量為0.025，能平衡結(jié)晶度、表面形貌和輻射效率等性能，展現(xiàn)出相對更優(yōu)的性能。內(nèi)建電勢與影響隨著CsBr/KBr添加比例增加，E(f2)下降，理論Vbi從1.23eV降至0.75eV，其中0.025處理器件Vbi最大，利于電荷分離。Voc起源與影響基于理論計算，推斷0.025添加劑輔助的光電探測器Voc分布，其Voc損失得到有效抑制，如圖2f所示，解釋器件性能結(jié)果。光生載流子與傳輸光照下鈣鈦礦層產(chǎn)生電子-空穴對，強Vbi促進高效分離，電子和空穴分別傳輸至TiO2和spiro-OMeTAD，被ITO和Ni/Au收集。能帶結(jié)構(gòu)與機制示意性能帶結(jié)構(gòu)顯示，各材料費米能級在接觸前離散，接觸后達熱平衡；內(nèi)建電勢Vbi影響電荷分離與收集，及Voc。能帶結(jié)構(gòu)與電荷分離光電探測器與機制研究人員對0.025CsBr/KBr摻雜的CsPbBr量子點光電探測器進一步研究，發(fā)現(xiàn)其卓越性能，包括高響應度RA、比探測率D^*和開路電壓Voc。光開關(guān)特性與波長時間分辨光響應顯示良好光開關(guān)特性，激光開啟/關(guān)閉時電流立即變化；不同波長激光激發(fā)下，開關(guān)比高達2.1×10^4，表現(xiàn)波長選擇性。光響應特性與效率隨著入射光功率增加，光響應電流上升；自供電模式下，光電流與功率關(guān)系符合冪律，β指數(shù)較低表明復合率低；偏壓降低時，非單位指數(shù)更趨線性。電荷提取效率與優(yōu)勢經(jīng)0.025CsBr/KBr處理的器件光生電流提高約40%，響應時間縮短約248%，表明電荷提取效率大大提高，揭示了添加劑優(yōu)化方案在改善光響應特性方面的優(yōu)勢。光電探測器運行機制柔韌性與可重復性光電探測器在環(huán)境條件下儲存7個多月后光響應動力學僅輕微退化，顯示優(yōu)異長期穩(wěn)定性；光學圖像顯示，8×11像素區(qū)域組成的自驅(qū)動光電探測器陣列高性能。長期穩(wěn)定性與均勻性空間光響應與總結(jié)超過80%的器件表現(xiàn)出相似性能，表明空間光響應均勻性；與鈣鈦礦基光電探測器相比，我們的器件具有競爭力，甚至性能更優(yōu)（具體總結(jié)見表1）。0.025CsBr/KBr介導的光電探測器柔韌可彎折，彎曲前后暗電流不變，光生電流保持初始值的94%；自供電模式下，經(jīng)1600次彎曲循環(huán)后光響應穩(wěn)定。光電探測器性能研究05光電探測器性能均勻性探測器性能均勻性柔性光電探測器陣列在自供電模式下展現(xiàn)出卓越的響應度、探測率和開關(guān)比，且性能均勻，彎曲循環(huán)后穩(wěn)定性和柔韌性顯著。應用前景自供電柔性光電探測器陣列在便攜式光電子領(lǐng)域具有廣闊應用前景，其均勻性和柔韌性為實際應用提供了有力支持。光電探測器性能均勻性06總