由钙钛矿无铅量子点实现的高效自供电MoSSe/GeP p-n二极管

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Efficient and self-powered MoSSe/GeP p-n diode enabled by perovskite lead-free quantum dots

　　

摘要

无残留界面以及强光与物质的耦合对于实现高性能二维光电探测器至关重要。本文采用Elvacite拾取转移策略制备了MoSSe/GeP异质结构，从而获得了纯净的范德华结以及无污染的电接触。通过原子力显微镜、拉曼光谱及拉曼成像等结构与光谱分析方法，证实该材料具有高结晶质量、均匀的层厚度以及化学上清晰的界面。电学传输测试显示，GeP呈现p型导电特性，而Janus MoSSe则表现为n型导电性，这表明二者可作为形成p-n结的理想互补半导体。未经修饰的p-n结器件具有很强的整流效应（当V_g?=???40 V时，整流系数为2.2?×?10³）。在用无铅钙钛矿量子点（λ_em?≈?510?nm）进行敏化后，该QD-MoSSe/GeP异质结构在零偏压下仍能产生约0.25 μA的显著内建场驱动光电流，进一步证明了其界面分离效果优异。量子点的引入提升了器件的响应度、探测率以及EQE值，分别在455纳米光强为5.53 mWcm^-2、V_ds = 1.5 V条件下，从1.64?×?10⁴ AW^-1、3.55?×?10¹³ Jones和2.36?×?10⁴%提升至4.05?×?10⁴ AW^-1、7.6?×?10¹³ Jones和1.41?×?10⁵%。量子点层中的光激发能够促使电荷转移到MoSSe通道中，同时长寿命的俘获电荷会引发静电栅控效应，进而带来显著的光栅控辅助增益。此外，在零偏压操作下，经量子点敏化的器件仍能实现8.4?×?10²%的EQE值、8.75 AW^-1的响应度以及0.56?×?10¹⁰ Jones的探测率，充分体现了其自供电功能。这些性能提升得益于光谱共振、高效的量子点向MoSSe的电荷转移、较低的复合率以及光栅控辅助增益效应。