光伏应用中的光学操控方法主要可分为光谱控制和光学设计。通过控制各种共轭分子或钙钛矿的带隙,可以制造出色彩鲜艳或高度透明的装置,用于建筑一体化光伏应用。[2,8,9] 使用薄金属电极(< 20 纳米)和主要收集紫外线 (UV) 和近红外 (NIR) 光的活性层,可以得到高性能半透明光伏 (ST-PV)。[10 – 17] 新结构与低带隙活性层材料的集成,可以提供高性能可见光透明 OPV。[18 – 24] 例如,Yang 等人使用薄 Au/Ag 电极和透明空穴传输框架策略,展示了一种 ST-OPV,其 PCE 为 12%,平均可见光透射率 (AVT) 为 20%。 [25] 多种光捕获方法,包括加入抗反射层 [26,27]、微腔 (MC) 结构 [28]、分布式布拉格反射器 (DBR) 和光子晶体 (PC) [29,30] 以及纳米结构 [31,32],进一步优化了此类设备的光收集和光学响应。Shen 及其同事回顾了 MC 在 OPV 中的应用,[28]
ge是一种集团半导体,广泛用于基于SI的电子设备,因为独特的优势在于与标准互补金属氧化物半导体(CMOS)处理,出色的载体迁移率,相对丰度和低毒性[1]。最近,GE吸引了越来越多的研究兴趣,用于制造具有成本效益和有效的功能性电子光综合电路(EPICS)[1,2]。在室温下,GE的直接带隙为0.8 eV,对应于1,550 nm处的吸收边缘。1,300 nm和1,500 nm之间的强光吸收使GE成为光纤电信设备的理想光电探测器(PD)材料[3]。但是,由于SI和GE之间的4.2%晶格不匹配,将GE直接集成在SI底物上是一项挑战。已经采取了强烈的努力,使用不同的方法(包括两步生长[4,5]和分级的SIGE缓冲液[6],为了制造高性能GE正常生命值PDS [3,7]和波导(WG)PDS(WGPDS)PDS(WGPDS)[8,9] [8,9]。但是,GE活动层和GE/SI接口相对有缺陷,从而降低了设备性能。此外,
完整作者列表:Li, Ning;加州大学圣地亚哥分校 Lim, Jasmine;南密西西比大学,聚合物科学与工程学院 Azoulay, Jason;南密西西比大学,聚合物与高性能材料学院 Ng, Tse Nga;加州大学圣地亚哥分校
摘要:二维石墨烯薄膜和石墨烯衍生物在光电应用方面有巨大的潜力,引起了广泛的兴趣。然而,提高基于石墨烯薄膜和石墨烯衍生物的光电探测器性能仍然是一个巨大的挑战。通过用垂直取向石墨烯 (VOG) 替换石墨烯薄膜,然后用石墨烯量子点 (GQDs) 功能化,在锗 (Ge) 异质结 (指定为 GQDs/VOG/Ge) 上组装一个功能性 VOG,用于近红外光探测。GQDs 和 VOG 在光吸收和电子传输方面的协同效应增强了光电探测器的性能。对 VOG 进行功能修饰是调控 VOG 费米能级、增加肖特基结的内建电势以及促进光生电子和空穴对分离的有效方法。制成的光电探测器在波长 1550 nm 处表现出优异的响应度 (1.06 × 10 6 AW − 1 ) 和探测度 (2.11 × 10 14 cm Hz 1/2 W − 1 )。对光响应的研究表明,响应速度具有微秒的上升/下降时间,并且具有优异的可重复性和长期稳定性。结果揭示了一种制造高性能石墨烯基光电探测器新结构的简单策略。关键词:GQD、垂直取向石墨烯、锗、协同效应、内置电位、光电探测器■简介
光电探测器是指能够将入射光转换为电信号的光电子器件,是环境监测、消防和安全、光通信、太空探索和视频成像等多个领域的重要功能元件[1,2]。光电探测器采用了不同类型的半导体材料,例如GaN、InGaAs、Si、ZnO、碳纳米管、共轭聚合物和量子点[3]。基于这些材料的器件需要复杂而昂贵的制造成本和机械刚性。在过去的十年中,金属卤化物钙钛矿材料因其在光伏和光电子器件中的广泛应用而引起了研究人员的极大兴趣[4]。由于其突出的高性能、低成本和溶液可加工性,这类材料已经成为未来大量光伏和光电子器件的潜在候选材料[5]。在众多可用的金属卤化物中,甲基铵碘化铅 (MAPbI 3 ) 已被广泛研究用于光伏和光传感应用 [ 6 ]。事实上,钙钛矿材料在光伏器件中已经实现了显著的效率,但这些太阳能电池
1彼得·格伦伯格研究所(PGI 10),福斯申斯特鲁姆·尤里奇(ForschungszentrumJülich),威廉 - 约翰·斯特拉斯(Wilhelm-Johnen-Straße),尤里奇(Jülich)52425,德国2 IHP - 莱布尼兹(Leibniz) - 莱布尼兹(Leibniz ElmshöherAllee 71,Kassel 34121,德国4分校技术研究所(IHT),Stuttgart,Pfaffenwaldring 47,Stuttgart 70569,德国5伊布尼兹水晶增长研究所,麦克斯 - 斯特拉斯2,柏林12489,德国7 Dipartimento di Scienze,Universit`roma tre,Viale G. Marconi 446, I-00146,罗马,意大利 8 实验物理和功能材料,BTU Cottbus-Senftenberg,Erich-Weinert-Str。 1,03046,科特布斯,德国
研究了后退火对蓝宝石衬底上日盲多晶氧化镓 (Ga 2 O 3 ) 紫外光电探测器的物理和电学性能的影响。随着后退火温度 (PAT) 从 800 °C 升高到 1000 °C,多晶 Ga 2 O 3 的晶粒尺寸变大,但随着 PAT 进一步升高到 1100 °C,晶粒尺寸变小。随着 PAT 的增加,在蓝宝石上的 Ga 2 O 3 的透射光谱的吸收带边缘发生了蓝移,这是由于蓝宝石衬底中的 Al 掺入 Ga 2 O 3 中形成 (Al x Ga 1 – x ) 2 O 3 造成的。高分辨率X射线衍射和透射光谱测量表明,1100°C退火后的(Al x Ga 1 – x ) 2 O 3 的取代Al组分和带隙分别可以达到0.30和5.10 eV以上。1000°C退火样品的R max 与沉积态器件相比提高了约500%,且1000°C退火样品的上升时间和下降时间较短,分别为0.148 s和0.067 s。这项研究为多晶Ga 2 O 3 紫外光电探测器的制作奠定了基础,并找到了一种提高响应度和响应速度的方法。
多光谱和/或极化成像是下一代红外摄像机不可避免的要求。1–9与单色/全球成像相比,狭窄和多光谱的成像可以提供更丰富的对象信息,从而确定对象的绝对温度,并降低相机对大气条件的敏感性。几个相邻光谱通道的组合有助于在复杂的环境中检测到埋藏的物体。5人工对象(例如金属和玻璃)通常具有与天然物体的极化特性不同的。因此,获取极化信息有可能识别某些对象,被认为是提高识别效率并减少错误警报的重要手段。2–4传统的多光谱和极化技术基于单个光谱焦平面阵列,光谱仪和/或极化器的掺入,这些光谱平面阵列,光谱仪和/或极化器通常需要高成本的机械扫描仪器和额外的空间。这些附加
量子点(QDs)具有窄线宽发射和可调带隙,因此在量子信息和光电子器件的开发中具有潜在价值1 – 3。尤其是胶体量子点(CQDs),它可以通过溶液处理获得,并用于光伏4 – 9、光发射10 – 14和光电检测15 – 20。上转换光电探测器将低能光子(例如红外线)转换为高能光子(例如可见光),用于红外成像(图1),而红外成像用于夜视、半导体晶圆检测、手势识别、三维成像和生物成像等应用21 – 25。然而,大多数红外光子上转换器件都是基于真空或高温沉积法22、24-33,这些方法与硅等电子材料不兼容,限制了它们在柔性电子产品中的使用。基于溶液处理材料的两端上转换光电探测器已经开发出来,但需要高开启电压并且光子对光子 (p-p) 效率低(低于 1.5%)30、34。在本文中,我们表明,通过设计电子传输层 (ETL) 可以创建两端溶液处理的红外上转换光电探测器,其总 p-p 效率为 6.5%,开启电压低至 2.5 V。我们的光电探测器的效率与外延生长半导体相当,与迄今为止报道的最高增益单片红外量子点上转换器相比,效率提高了五倍。此外,与之前的量子点上变频器相比,该器件的低开启电压降低了两倍以上。我们的器件由基于硫化铅 (PbS) QD 的光电探测器吸收层(红外)和基于硒化镉/硒化锌 (CdSe/ZnS) QD 的发光二极管 (LED) 层(可见光)堆叠而成(图 2a)。为了确保光电探测器层能够提供足够的光电流来驱动 LED 层,
最大化耦合到外部读数板我最大程度地减少阳极厚度,同时保持机械稳定性通过探索材料,模式和电阻率来优化内部电阻阳极设计和测试像素化读数板的限制2。使用Gen-II LAPPD的10 cm×10 cm版本进一步优化探测器设计,