近日，浙江大學材料學院葉志鎮(zhèn)院士團隊在鈣鈦礦異質結構方面取得重要進展，研究成果以“Epitaxial Growth of CsPbBr3 Pyramids/CdS Nanobelt Heterostructures for High-Performance Photodetectors"為題發(fā)表在國際知*學術期刊ACS Applied Materials&Interfaces (doi：10.1021/acsami.3c19282)上。徐興博士為第一作者，葉志鎮(zhèn)院士、何海平教授、樊超博士為共同通訊作者。
全無機鉛鹵鈣鈦礦CsPbBr3材料具有優(yōu)異的光電特性，包括高遷移率、大吸收截面、適當?shù)哪軒挾鹊?，在光伏、光電探測等領域具有潛在的應用價值。構建半導體異質結構是實現(xiàn)高性能光電探測器件的有效途徑，異質界面*特的能帶結構對非平衡載流子的復合和分離具有調(diào)控作用，尤其是Type2型能帶結構有利于光生載流子分離，從而提升光電探測器件中光電子/空穴的利用率。
有鑒于此，葉志鎮(zhèn)團隊通過氣相外延生長構建了具有Type2型能帶結構的CdS/CsPbBr3異質結，并且通過晶格匹配限制CsPbBr3外延生長取向，實現(xiàn)了在CdS納米帶表面外延取向均一的CsPbBr3金字塔結構。該工作通過觀測CdS/CsPbBr3異質界面和純CsPbBr3的熒光壽命證明了CdS/CsPbBr3異質界面對光生載流子有分離作用，可以抑制輻射復合過程。此外，理論計算表明CdS納米帶/CsPbBr3金字塔結構可將入射光約束在異質界面區(qū)域。CdS/CsPbBr3異質結構的這些特性對提升光電探測性能具有重要幫助。最終，基于CdS/CsPbBr3異質結的光電探測器表現(xiàn)出超高的光電響應能力，包括：2.14×105開關比、4.07×104A/W響應度、1.36×1013Jones探測率等。
Type2型能帶結構的CdS/CsPbBr3異質結對光生載流子的分離作用
以上圖中可見，CdS/CsPbBr3異質結在457nm光激發(fā)下發(fā)射出強烈的綠色熒光，即帶邊激子的輻射復合發(fā)光。在異質結界面上收集的光譜（2和4）顯示了分別來自CdS和CsPbBr3的熒光峰，這也表明了高質量CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質結構的形成。時間分辨光譜進一步揭示了其熒光衰減過程，由于在CdS/CsPbBr3異質結界面上發(fā)生了有效的電荷提取，使得異質結的熒光壽命僅為2.61ns，明顯短于純CsPbBr3的壽命。
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本文中CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質結的超快時間分辨光譜測試，使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機獲得。ST-10條紋相機時間分辨率可達到5ps，可匹配多種焦長光譜儀，快速追蹤超快發(fā)光的動力學過程。
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