Narrow-bandgap Sn–Pb mixed perovskite single crystals for high-performance near-infrared photodetectors

材料科学 光电探测器 响应度 钙钛矿(结构) 结晶度 带隙 光电子学 结晶 光探测 相(物质) 制作 比探测率 结晶学 化学工程 复合材料 有机化学 病理 工程类 化学 医学 替代医学
作者
Zhizhen Chang,Zhengjun Lu,Wei Deng,Yandi Shi,Yuye Sun,Xiujuan Zhang,Jiansheng Jie
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (10): 5053-5062 被引量:40
标识
DOI:10.1039/d2nr05800f
摘要

Narrow-bandgap Sn-Pb mixed perovskite single crystals are highly promising as photoactive materials for efficient and low-cost near-infrared (NIR) photodetectors. However, because of the significant difference in the crystallization velocities for Pb- and Sn-based perovskites, Sn-Pb mixed perovskites are peculiarly prone to phase separation during the crystallization process, causing the degradation of the optical and electronic properties of materials. Herein, we propose a low-temperature space-confined technique (LT-SCT) that simultaneously reduces the crystallization velocities of pure Sn and Pb perovskites, enabling the fabrication of pure-phase (FASnI3)0.1(MAPbI3)0.9 single crystals. The resulting (FASnI3)0.1(MAPbI3)0.9 single crystals exhibit excellent crystallinity with a high hole mobility of 7.44 × 103 cm2 V-1 s-1 and a low surface trap density of 1.88 × 109 cm-2. These properties benefit the application of (FASnI3)0.1(MAPbI3)0.9 single crystals in self-powered NIR photodetectors and yield outstanding comprehensive performance, especially with a broad linear dynamic range of up to 163.5 dB, a large responsivity (R) of 0.53 A W-1, and a fast response speed of 22.78 μs in the NIR spectral region (750-860 nm). Furthermore, high-quality NIR imaging and wearable health monitoring are achieved by employing high-performance and self-driven NIR photodetectors. This work contributes to developing Sn-Pb mixed perovskite single crystals and provides a promising candidate for efficient and low-cost NIR photodetection.
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