光电探测器异质结的性能随碳纳米管直径的变化而变化
两种不同材料，单壁碳纳米管(SWCNT)和钙钛矿(CsPbBr 3)量子点(QD)之间的连接;一种机械稳定且易于定制的光伏材料，当与另一种材料(例如单壁碳纳米管)配对时，可以利用阳光产生电流;形成半导体异质结，作为光电探测器工作得非常好。最近的研究表明，增加单壁碳纳米管/钙钛矿量子点异质结中单壁碳纳米管的直径可以提高两种材料异质结的光电性能或将光转换为电的能力。
一组科学家系统地测试了不同直径的单壁碳纳米管(SWCNT)的性能影响，单层碳原子形成六方晶格，卷成无缝圆柱体，具有不同的带隙，或电子传导电流所需的能量。 ，在具有钙钛矿量子点的异质结薄膜中。他们的研究表明，增加单壁碳纳米管的直径可以提高此类异质结薄膜的响应度、探测率和响应时间。这种效应可能是通过增强光生激子的分离和传输来介导的，光生激子是薄膜中与正电子空穴结合的携带能量的中性电子。
该团队将研究结果发表在清华大学出版社7月27日出版的 《纳米研究》杂志上。
“单壁碳纳米管和量子点之间的带隙排列决定了异质界面处光生激子的分离，而不同直径的单壁碳纳米管表现出不同的载流子容量和迁移率，”该研究的主要研究员、该研究所教授刘华平说。中国科学院物理研究所，中国北京。“这些特性决定了单壁碳纳米管/钙钛矿量子点异质结薄膜的光电性能，因此系统地研究不同带隙单壁碳纳米管的直径对这些薄膜光电探测性能的影响非常重要。”
该团队研究了直径在 1.0 和 1.4 nm 之间的单壁碳纳米管光电探测器性能的差异。通过将 SWCNT/钙钛矿 QD 薄膜暴露在不同强度的 410 nm 光下并测量每个薄膜的电流-电压曲线来评估每个直径的特性。然后，该数据可用于确定每个纳米管直径的光电流、光响应性和探测率。
SWCNT 的带隙大致与纳米管的直径成反比。当SWCNT直径从1.0 nm增加到1.4 nm时，研究小组观察到响应率增加了约一个数量级，探测率增加了5倍，响应速度增加了4倍。研究中测量的较大直径单壁碳纳米管提高了载流子容量和迁移率，从而增强了薄膜性能。
“大直径单壁碳纳米管薄膜光电性能的巨大改善归因于s-单壁碳纳米管、半导体单壁碳纳米管/量子点异质结界面处内置电场的增加……，这推动了空穴载流子从光生激子中分离到单壁碳纳米管。 -单壁碳纳米管和单壁碳纳米管薄膜中的快速传输，”刘说。
由单壁碳纳米管和量子点制成的下一代光电探测器对于降低未来电子产品中此类探测器的材料成本、能耗和脆弱性是必要的。有趣的是，仅单壁碳纳米管单层薄膜在检测光方面效率非常低，而钙钛矿量子点薄膜则容易出现载流子迁移率、响应度和检测率较低的情况。相比之下，钙钛矿量子点薄膜与单壁碳纳米管单层配对时，可以作为薄双层薄膜提高光吸收，并具有增强的响应度。
这项研究的结果将帮助其他科学家设计和制造光通信、可穿戴技术以及医学和人工智能其他应用所需的新型高性能光电探测器。刘的团队计划将这些实验结果专门用于设计用于高灵敏度人工视觉系统的优化光电探测器。
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