甲脒(FA)基钙钛矿比甲胺(MA)基钙钛矿具有更高的内在稳定性,而无机Cs离子掺杂可以进一步提高钙钛矿的湿度、热和结构稳定性。通过一步反溶剂法制备了Cs掺杂的FA1-xCsxPbBr3(x=0,0.05,0.10,0.15)钙钛矿薄膜,采用椭圆偏振光谱研究了材料的复介电函数并以此进行外量子效率(EQE)模拟。EQE模拟结果显示掺杂比例为0.05时,钙钛矿薄膜具有最高的功率转换效率(PCE),可达23.47%。进一步对FA0.95Cs0.05PbBr3进行变温椭偏分析,发现:随着温度升高,材料带隙增大,在393 K左右,从变温复介电函数的二阶导谱中可观察到相变现象,钙钛矿材料由正交相转变为四方相。对基于FA0.95Cs0.05PbBr3的太阳能电池进行变温EQE模拟,结果表明:温度对器件的最高PCE影响不大,其效率可以稳定在23.47%左右,但是高温会导致器件近红外区的外量子效率降低,器件的整体响应带宽减小。
薄膜 Cs掺杂钙钛矿 光学性质 变温椭圆偏振光谱 外量子效率模拟 光学学报
2023, 43(23): 2331004
高灵敏度的有机光电探测器(OPD)具有从可见光到近红外(NIR)的宽带响应和优异的整体器件性能,在包括高质量生物成像在内的各种应用中起到了非常重要的作用。文章使用Silvaco TCAD模拟了一种活性层由宽带隙聚合物PBDTTT-C-T作为给体以及稠合八烷基小分子FOIC作为受体构成的混合物所制成的宽带有机光电探测器。模拟结果表明,器件的暗电流密度、外量子效益、可探测到的最低光强能力等各项指标达到了很好的水平,与实验数据吻合较好。由此,可认为模拟过程中所使用到的参数具有较好的可信度和使用价值,可以为同类型光电探测器的模拟与研究提供有益借鉴。
有机光电探测器 非富勒烯受体 暗电流密度 外量子效率 Silvaco TCAD Silvaco TCAD organic photodetectors non-fullerene acceptors dark current density external quantum efficiency
1 淮阴工学院 数理学院, 江苏 淮安 223003
2 东南大学 生物科学与医学工程学院, 江苏 南京 210096
绿光光源可广泛应用于固态照明、可见光通信、电子显示、光遗传学等领域。相比于蓝光LED,高性能低维绿色发光器件的设计与制备受限于绿光效率低(Green gap)和高注入电流下效率下降(Efficiency droop)两个主要问题的困扰。本文采用化学气相沉积方法(CVD)生长镓掺杂的氧化锌微米线(ZnO∶Ga MW),结合p型InGaN衬底制备了n‐ZnO∶Ga MW/p‐InGaN异质结发光二极管。该器件的输出波长为540 nm,半峰宽约为32 nm,在相对较大的注入电流下,器件发光峰位、半峰宽等发光特征参数没有明显的变化,且相对外量子效率(REQE)在较大电流下呈现出相对较小的下降,体现了较高的发光稳定性。此外,利用金纳米薄膜改善了ZnO∶Ga微米线与InGaN衬底间的接触,实现了结区界面的优化,成功提高了发光二极管的发光强度。实验结果表明,采用n‐ZnO∶Ga微米线结合p‐InGaN衬底构筑的异质结可用于制备高稳定性高亮度的微型绿光发光二极管。
绿光发光二极管 金纳米薄膜 镓掺杂氧化锌微米线 铟镓氮 相对外量子效率 green LED Au nano-film Ga doped ZnO microwire InGaN relative external quantum efficiency(REQE)
1 南京工程学院 数理学院,江苏 南京 211167
2 南京航空航天大学 物理学院,江苏 南京 211106
基于半导体低维微纳结构构筑的可见光发光器件,特别是位于500 ~ 600 nm波段的黄绿光光源,因具有较高的发光效率、长寿命和低功耗等特点,在超高分辨率显示与照明、单分子传感和成像等领域有着广泛的应用价值。由于高性能低维黄绿色发光器件在发光材料制备、器件结构以及发光器件的 “Green/yellow gap”和 “Efficiency droop”等方面受到严重限制,极大地影响了低维微纳结构黄绿光发光器件的开发和应用。本文采用单根镓掺杂氧化锌(ZnO∶Ga)微米线和p型InGaN衬底构筑了异质结基黄光发光二极管,其输出波长位于580 nm附近,半峰宽大约为50 nm。随注入电流的增加,光谱的峰位和半峰宽几乎没有任何变化,也没有观察到InGaN基光源中常见的量子斯塔克效应。器件相应的色坐标始终处于黄光色域范围。更为重要的是,器件的外量子效率在大电流注入下并没有出现较大的下降。结合单根ZnO∶Ga微米线和InGaN的光致发光光谱,以及n‐ZnO∶Ga/p‐InGaN异质结能带结构理论,可以推断该制备器件的发光来自于ZnO∶Ga微米线和InGaN结区界面处载流子的辐射复合,器件的Droop效应得到明显抑制。实验结果表明,n‐ZnO∶Ga微米线/p‐InGaN异质结可用于制备高性能、高亮度的低维黄光发光二极管。
黄光发光二极管 镓掺杂氧化锌微米线 铟镓氮 外量子效率 Droop效应 yellow light-emitting diode Ga-doped ZnO microwire InGaN external quantum efficiency Droop effect
1 东南大学电子科学与工程学院,江苏 南京 210096
2 中国人民解放军陆军装备部驻无锡地区军事代表室,江苏 无锡 214000
硅基探测器具有稳定可靠、暗电流低、响应度高、价格低廉等优点,被广泛应用于光电探测等领域。针对硅基探测器在紫外波段探测能力有限的问题,设计了一款可增强硅基探测器在紫外波段探测能力的聚光结构。首先,利用ZnCdS∶Mn/ZnS量子点的荧光特性将吸收的紫外光转化为可见光。然后,配合短波通截止滤色膜使探测器在260~400 nm波段的外量子效率均大于20%,响应时间限制在ms量级,暗电流限制在pA量级。实验结果表明,使用量子点层的聚光结构能明显改善硅基探测器在紫外波段的探测能力,通过改变量子点的尺寸还可以在紫外波段实现探测范围可调的硅基探测器。
探测器 外量子效率 掺杂量子点 短波通截止滤色膜 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1704001
1 宁波大学 信息科学与工程学院, 浙江 宁波 315211
2 南京大学 固体微结构国家重点实验室, 江苏 南京 210093
金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应能够对特定波长入射光的吸收或者散射增强, 正因为其独特的光学性质, 金属纳米颗粒被尝试应用于荧光太阳集光器。本文利用全无机钙钛矿CsPbBr3量子点、Au纳米颗粒和硫醇-烯聚合物制备荧光太阳集光器。研究发现, 掺杂适量Au纳米颗粒可以通过表面等离子体共振效应提高全无机钙钛矿CsPbBr3量子点荧光太阳集光器的外量子效率。当Au纳米颗粒的掺杂浓度为2.0×10-6时, 荧光太阳集光器的外量子效率为12.3%, 相比未掺杂Au纳米颗粒的荧光太阳集光器的外量子效率提升了78.2%。进一步提高Au纳米颗粒的掺杂浓度, 荧光太阳集光器的外量子效率下降。荧光发射谱和荧光寿命谱测试结果显示, 当Au纳米颗粒的掺杂浓度超过2.0×10-6时, 过高的Au纳米颗粒掺杂浓度导致CsPbBr3量子点与Au纳米颗粒之间发生非辐射能量转移, 荧光太阳集光器荧光量子产率(ηPL,LSC)下降导致了外量子效率下降。
钙钛矿量子点 Au纳米颗粒 表面等离子体共振效应 外量子效率 非辐射能量转移 perovskite quantum dot Au nanoparticle surface plasmon resonance effect external quantum efficiency non-radiative energy transfer
电子科技大学光电科学与工程学院,四川 成都 611731
利用光电倍增(PM)效应提高器件外量子效率是获得高灵敏度有机光电探测器的重要途径。基于电荷积累型PM原理,介绍了近几年PM型有机光电探测器的研究进展,从实现电荷积累方法的角度,详细阐明了实现PM的策略以及对应的机理,并对PM型有机光电探测器的未来研究进行了展望。
光学器件 有机光电探测器 光电倍增 外量子效率 电荷积累 光电子器件 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0100003
太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
钙钛矿量子点具有光致发光量子产率高、发光光谱可调、光谱宽度窄、缺陷容忍度高以及独特的量子限域效应等优点, 因此成为研制新型高效率发光二极管(LED)的热门材料。本文介绍了近几年基于钙钛矿量子点LED的研究最新进展。首先, 介绍了钙钛矿量子点独特的晶体结构及钙钛矿发光器件的工作原理。然后, 阐述了合成高光致发光量子产率(PLQY)量子点的方法及提高钙钛矿量子点LED效率的若干方法。最后, 分析了当前钙钛矿量子点LED所面临的挑战如不稳定性及毒性, 以及可应用在显示和照明方面的高效率LED所展现的前景。本综述为研制更高效率以及更加安全的钙钛矿量子点发光器件提供了有益的见解。
量子点 钙钛矿发光二极管 光致发光量子产率 外量子效率 电流效率 quantum dots perovskite LED photoluminescence quantum yield external quantum efficiency current efficiency