High-Performance Colloidal Quantum Dot Photodiodes via Suppressing Interface Defects

材料科学 光电二极管 结晶度 暗电流 光电子学 红外线的 量子点 吸附 量子效率 光电探测器 光学 复合材料 化学 物理 有机化学
作者
Shuaicheng Lu,Peilin Liu,Junrui Yang,Shijie Liu,Yang Yang,Long Chen,Jing Liu,Yuxuan Liu,Bo Wang,Xinzheng Lan,Jianbing Zhang,Liang Gao,Jiang Tang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (9): 12061-12069 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.2c22774
摘要

PbS colloidal quantum dot (CQD) infrared photodiodes have attracted wide attention due to the prospect of developing cost-effective infrared imaging technology. Presently, ZnO films are widely used as the electron transport layer (ETL) of PbS CQDs infrared photodiodes. However, ZnO-based devices still suffer from the problems of large dark current and low repeatability, which are caused by the low crystallinity and sensitive surface of ZnO films. Here, we effectively optimized the device performance of PbS CQDs infrared photodiode via diminishing the influence of adsorbed H2O at the ZnO/PbS CQDs interface. The polar (002) ZnO crystal plane showed much higher adsorption energy of H2O molecules compared with other nonpolar planes, which could reduce the interface defects induced by detrimentally adsorbed H2O. Based on the sputtering method, we obtained the [002]-oriented and high-crystallinity ZnO ETL and effectively suppressed the adsorption of detrimental H2O molecules. The prepared PbS CQDs infrared photodiode with the sputtered ZnO ETL demonstrated lower dark current density, higher external quantum efficiency, and faster photoresponse compared with the sol-gel ZnO device. Simulation results further unveiled the relationship between interface defects and device dark current. Finally, a high-performance sputtered ZnO/PbS CQDs device was obtained with a specific detectivity of 2.15 × 1012 Jones at -3 dB bandwidth (94.6 kHz).
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