新型CsPbCl3混合納米晶體可提高UV光電探測器熒光光強150倍

　　紫外光電探測器在火災監測、生物分析、環境傳感器、光通信/成像等方面引起了人們的廣泛研究興趣。目前，基于商用硅和無機寬帶隙半導體材料的紫外光電探測器取得了很大進展，但實現紫外線的高靈敏度、快速響應時間和可見光盲檢測仍然是一個挑戰。因此，為了開發下一代紫外光電探測器，需要尋找具有理想帶隙、紫外線吸收較強、高載流子遷移率的新型半導體材料。最近，以銫鉛鹵化物鈣鈦礦納米晶體（nanocrystal）半導體具有較大的吸收截面、高發射效率、高電荷載流子遷移率和覆蓋整個可見光（410-700 nm）的可調帶隙能量，使它們成為光電探測器應用的理想候選材料。

　　其中，藍色CsPbCl3納米晶體的帶隙為2.82 eV、吸收波長下限低于410 nm，可能是紫外光檢測材料的理想選擇。盡管如此，該材料體系最嚴重的問題之一是較低的量子產率（quantum yield），這是由于其具有較高密度的深度缺陷態（Cl空位），這將顯著降低紫外光電探測器的檢測靈敏度。最近，來自吉林大學的宋宏偉教授課題組通過與Ag等離子體和光子晶體的耦合來探索CsPbCl3納米晶體的發光增強效應，即當Ag膜的等離子體峰以及PMMA蛋白石光子晶體（opal photonic crystals, OPCs）的光子禁帶與藍色CsPbCl3納米晶體的發射峰良好匹配時，熒光增強約為50倍和20倍，這與理論模擬一致。隨后，通過表面等離子體和光子晶體的結合，在CsPbCl3/Ag / OPCs混合物中的發光強度提高150倍以上，預計發射效率為51.5％。此外，采用該混合物構建處高性能柔性紫外光電探測器，表現出10-11A的極低暗電流，9×1014瓊斯的高探測率，28 ms / 31 ms的快速響應時間和30納米的極窄響應線寬，相關參數優于商用硅基光電探測器。這項工作為改善鈣鈦礦納米晶體和紫外光電探測器的發光性能提供了一種實用的技術方案。相關研究發表在近期的《Advanced Functional Materials》上。