近日,合肥工業(yè)大學電子科學與應(yīng)用物理學院羅林保教授與光電技術(shù)研究院邱龍臻研究員、計算機與信息學院郭忠義教授團隊合作,成功研發(fā)出一種基于超細聚合物半導體納米纖維的高靈敏日盲型深紫外光的光電探測器。相關(guān)成果以“Ultrathin Polymer Nanofibrils for Solar-Blind Deep Ultraviolet LightPhotodetectors Application”為題于2019年11月6日在線發(fā)表在國際著名雜志 Nano Letters上。這一成果為實現(xiàn)高性能日盲深紫外光電探測器和圖像傳感提供了新的策略。
日盲深紫外光電探測器由于不受太陽光的干擾,能在陽光環(huán)境條件下對深紫外光信號進行探測,因而在軍事、國防和科研領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用。目前報道的深紫外光電探測器大都是基于Ga2O3、ZnMgO、金剛石等帶隙大于3.6 eV的超寬禁帶無機半導體材料(UWBS)。這些材料通常需要復雜的合成工藝,制造成本較高。此外,無機半導體材料的剛性也限制了其在柔性光電器件中的應(yīng)用。
研究團隊在深入分析了上述問題的基礎(chǔ)上,提出并設(shè)計一種具有虛擬超寬帶隙的聚合物半導體納米纖維,用于制備深紫外光電探測器和圖像傳感器。該納米纖維是將聚(3-己基噻吩)(P3HT)與聚(十六烷基氧亞甲基)(PHA)接枝聚合而成,通過簡單的轉(zhuǎn)移蝕刻法得到的平均直徑約為15 nm的聚合物納米纖維。納米纖維的空穴遷移率為0.04 cm2V-1s-1。由于PHA殼可以選擇性吸收200-300nm的日盲區(qū)深紫外光,聚(3-己基噻吩)-聚(十六烷基氧亞甲基)(P3HT-b-PHA)類似超寬帶隙半導體,可以吸收深紫外光并產(chǎn)生激子,組裝后的器件對254nm波長深紫外光的響應(yīng)度為120 A/W,檢測率為4.2×1014Jones,外量子效率高達49700%,但對普通365nm的紫外光和可見光幾乎都無響應(yīng)(圖1)。理論模擬結(jié)果表明,這種與P3HT薄膜完全不同光敏性,主要與超細納米結(jié)構(gòu)的泄漏模型所引起的共振模式有關(guān)。進一步應(yīng)用超細納米纖維制作了100像素的柔性深紫外探測器,它們在彎曲應(yīng)變下仍具有捕獲靜態(tài)深紫外圖像的能力(圖2)。這是第一次使用具有虛擬超寬帶隙的聚合物納米結(jié)構(gòu)作為活性層,實現(xiàn)非超寬帶隙半導體太陽盲深紫外光電探測器和圖像傳感。
圖1. 基于超細聚合物半導體納米纖維結(jié)構(gòu)的日盲深紫外光的光電探測器的高響應(yīng)性和選擇性
圖2. 基于超細聚合物半導體納米纖維結(jié)構(gòu)的日盲深紫外光圖像傳感器
上述工作得到國家自然科學基金、安徽省杰出青年科學基金、中央高校經(jīng)費、先進功能材料與器件安徽省重點實驗開放基金等項目的資助。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04410
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