Vanwege de brede toepassing van fotodetectoren in gebieden met inbegrip van optische communicatie, milieu Controle, en beeldwaarneming, onderzoek voor het ontwikkelen van zeer efficiënte fotodetectoren heeft de afgelopen decennia veel aandacht getrokken. Sinds 2009, methylammonium loodhalogenide (CH ₃ NH ₃ PBX ₃ , X =halogeen) perovskieten zijn een hot topic geworden in de materiaalwetenschap voor lichtverzameling in fotodetectoren.

Momenteel, de prestatie van fotodetectoren op basis van perovskiet polykristallijne dunne films ligt nog op een zekere afstand van de verwachte waarde. Een reden is dat het transport van de drager op het grensvlak gemakkelijk wordt beïnvloed door korrelgrenzen en korreldefecten. Veel onderzoeksgroepen hebben geprobeerd om perovskiet polykristallijne dunne films te combineren met hoge mobiliteit, tweedimensionale materialen om de prestaties van het apparaat te verbeteren, en veelbelovende resultaten hebben bereikt, maar de negatieve effecten van perovskiet polykristallijne korrelgrenzen blijven bestaan.

Om dit probleem op te lossen, een team onder leiding van Assoc. Prof. Yu Weili van het Changchun Instituut voor Optica, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, en Prof. GUO Chunlei van de Universiteit van Rochester synthetiseerde een CH met lage oppervlakte-defectdichtheid ₃ NH ₃ PbBr ₃ microplaat door de strategie van kristallisatie met omgekeerde temperatuur. Ze hebben een effectieve fotodetector met verticale structuur gemaakt die een hoogwaardig perovskiet-enkelkristal combineert met monolaag grafeen met een hoge mobiliteit van de drager.

De verticale fotodetectoren gemaakt met deze CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ microplaten en monolaag grafeen vertonen uitstekende lichtresponsprestaties met een hoge lichtresponsiviteit (≈1017.1 AW ^-1 ), hoge lichtdetectie (≈2.02×10 ¹³ Jones) en ultrahoge winst van 2,37 × 103 onder 532 nm laserbestraling bij kamertemperatuur. De parameters zijn ongeveer een orde van grootte groter dan die van de fotodetectoren zonder monolaag grafeen.

Ultrasnelle kinetiekstudies van dragers hebben aangetoond dat de verbetering van de prestaties van het apparaat voornamelijk te danken is aan de langere levensduur van perovskietdragers van hoogwaardige perovskietkristallen en de effectieve extractie en transport van gratis lading door grafeen.

Aangenomen wordt dat de aanzienlijk verbeterde prestaties van het apparaat na het combineren van de perovskiet-microplaat met het tweedimensionale grafeen nauw verband houden met de operationele synergie van de twee materialen bij het genereren en transporteren van dragers. Dit benadrukt de rol van apparaatstructuur en energiebandontwerp bij apparaatoptimalisatie, en onthult het mechanisme van effectieve extractie en transmissie van dragers.

Deze studie, gepubliceerd in Klein , biedt een nieuwe strategie voor de voorbereiding van hoogwaardige perovskiet-fotodetectoren, en zal een sleutelrol spelen bij het bevorderen van het onderzoek en de ontwikkeling van tweedimensionale samengestelde fotovoltaïsche apparaten van perovskiet.