Polymer nanocomposite spectrum down-convertors for UV sensing

材料科学 光致发光 光电子学 量子点 可见光谱 量子产额 响应度 纳米颗粒 纳米复合材料 纳米技术 光学 荧光 光电探测器 物理
作者
Abdalla M. Darwish,Sergey S. Sarkisov,Darayas N. Patel,Simeon Wilson,Rachel Jackson,Nichols Moody,Paolo Mele,Giovanna Latronico,Brent Koplitz
标识
DOI:10.1117/12.2630722
摘要

We report on polymer nanocomposite films with spectrum down-converting properties that can be transferred using pulsed laser deposition (PLD) on silicon avalanche photodiodes (APD) for responsive and fast UV sensing. The proposed spectrum down-convertors use two types of nanoparticles (NPs) embedded in a colorless polyimide matrix: semiconductor CdSe/ZnS core-shell quantum dots (QDs) and the QDs made of rare-earth (RE) doped lead halide perovskites CsPbX3 (X stands for Br and Cl). These NPs have efficient down-conversion of UV radiation into visible and near-infrared (NIR) light matching spectral responsivity of Si APD with the photoluminescence quantum yield (PLQY) from 50 to 190%. Once an APD detects visible/NIR signal, it responds with an electronic gain <106 and a response time of ~10 ns thus making rapid and strong UV sensing possible. Both types of NPs have strong absorption of UV and additionally protect the APD from degradation caused by UV radiation. CdSe/ZnS core-shell QDs convert UV spectrum in visible with a red peak at 631 nm using the down-shifting mechanism. The perovskite QDs doped with the ion of Yb3+ emitted in NIR with a peak at 980 nm due to the mechanism of down-conversion or quantum cutting. Both types of NPs were embedded in a polymer matrix and PLD deposited on a transparent substrate. We describe the results of characterization of the down-convertors using dynamic light scattering, X-ray diffraction, optical photoluminescence spectroscopy, and the photo-voltaic characteristics of silicon photodetectors integrated with the down-convertors.

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