Quasi-Two-Dimensional Halide Perovskite Single Crystal Photodetector

卤化物 光电探测器 钙钛矿(结构) 材料科学 Crystal(编程语言) 光电子学 光学 结晶学 物理 化学 无机化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Kai Wang,Congcong Wu,Dong Yang,Yuanyuan Jiang,Shashank Priya
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:12 (5): 4919-4929 被引量:310
标识
DOI:10.1021/acsnano.8b01999
摘要

The robust material stability of the quasi-two-dimensional (quasi-2D) metal halide perovskites has opened the possibility for their usage instead of three-dimensional (3D) perovskites. Further, devices based on large area single crystal membranes have shown increasing promise for photoelectronic applications. However, growing inch-scale quasi-2D perovskite single crystal membranes (quasi-2D PSCMs) has been fundamentally challenging. Here we report a fast synthetic method for synthesizing inch-scale quasi-2D PSCMs, namely (C4H9NH3) n(CH3NH3) n-1Pb nI3 n+1 (index n = 1, 2, 3, 4, and ∞), and demonstrate their application in a single-crystal photodetector. A quasi-2D PSCM has been grown at the water-air interface where spontaneous alignment of alkylammonium cations and high chemical potentials enable uniform orientation and fast in-plane growth. Structural, optical, and electrical characterizations have been conducted as a function of quantum well thickness, which is determined by the index n. It is shown that the photodetector based on the quasi-2D PSCM with the smallest quantum well thickness ( n = 1) exhibits a strikingly low dark current of ∼10-13 A, higher on/off ratio of ∼104, and faster response time in comparison to those of photodetectors based on quasi-2D PSCMs with larger quantum well thickness ( n > 1). Our study paves the way toward the merging the gap between single crystal devices and the emerging quasi-2D perovskite materials.
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