通过高质量的二维钙钛矿单晶实现了灵敏且稳定的串联X射线探测器

《Advanced Materials》：Sensitive and Stable Tandem X-Ray Detectors Achieved by High-Quality 2D Perovskite Single Crystals

二维钙钛矿单晶因层间距大导致载流子迁移率低，本研究首次设计双联探测器通过分层同步收集策略实现短程运输机制，有效降低复合和陷阱捕获，使载流子收集效率显著提升。器件在5218 μC Gy?1 cm?2灵敏度、2.2 n Gy s?1检测限和1.8 ms响应时间下仍保持2.4 Gy高剂量辐照稳定性，实现12.5 lp mm?1成像分辨率。

　　

摘要

二维钙钛矿单晶（2D perovskite single crystals, SCs）在开发低成本、稳定且低剂量的X射线检测装置方面展现出巨大潜力。然而，由于二维钙钛矿层间间距较大，导致载流子迁移率较低，从而限制了X射线检测灵敏度的提升。本文首次设计并组装了一种串联探测器（tandem detector），以解决二维钙钛矿单晶中载流子传输效率低的关键问题。该串联探测器通过“分层同步收集”策略建立了高效的跨层电荷传输通道，实现了“短距离传输”机制。这种独特的“纵向短距离传输”方式减少了载流子的传输距离，进而降低了复合和陷阱捕获现象，从而显著提高了载流子的收集效率。因此，这些探测器不仅保持了较低的暗电流，还表现出比单结器件更高的响应电流，从而实现了更优异的X射线检测性能。具体而言，该串联探测器实现了5218 μC Gy^?1 cm^?2的高灵敏度、2.2 n Gy s^?1的低检测限以及1.8 ms的快速响应时间。此外，即使在连续接受2.4 Gy高剂量X射线辐照后，该串联探测器仍能保持原有的响应性能。高稳定性和高灵敏度的结合使得该探测器能够实现12.5 lp mm^?1的高清晰度成像。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。