Jonctions entre les deux matériaux différents, les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) et la pérovskite (CsPbBr3 ) les points quantiques (QD) – un matériau photovoltaïque mécaniquement stable et facilement personnalisable qui crée un courant électrique provenant de la lumière du soleil lorsqu'il est associé à un autre matériau, tel que les SWCNT – forment des hétérojonctions semi-conductrices qui fonctionnent exceptionnellement bien comme photodétecteur.
Des recherches récentes suggèrent que l'augmentation du diamètre des SWCNT dans les hétérojonctions QD SWCNT/pérovskite améliore les performances optoélectroniques, ou la capacité à convertir la lumière en électricité, de l'hétérojonction entre les deux matériaux.
Une équipe de scientifiques a systématiquement testé les effets sur les performances de différents diamètres de SWCNT, une seule couche d'atomes de carbone qui forment un réseau hexagonal enroulé dans un cylindre sans soudure, avec différentes bandes interdites, ou la quantité d'énergie requise pour qu'un électron conduise le courant électrique. , dans des films à hétérojonction avec des QD de pérovskite.
Leur étude a indiqué que l'augmentation du diamètre des SWCNT améliorait la réactivité, la détectivité et le temps de réponse de ce type de film à hétérojonction. Cet effet peut être médié par la séparation et le transport améliorés des excitons photogénérés, un électron porteur d'énergie et chargé de manière neutre qui se combine avec un trou d'électron positif, dans le film.
L'équipe a publié les résultats de son étude dans Nano Research. .
"L'alignement entre les bandes interdites des SWCNT et des QD détermine la séparation des excitons photogénérés aux interfaces hétérogènes, tandis que les SWCNT de différents diamètres présentent une capacité et une mobilité de porteur différentes", a déclaré Huaping Liu, chercheur principal de l'étude et professeur à l'Institut. de physique à l'Académie chinoise des sciences à Pékin, en Chine.
"Ces caractéristiques déterminent les performances photoélectroniques des films à hétérojonction SWCNT/pérovskite QD, ce qui rend… important d'étudier systématiquement l'effet du diamètre des différents SWCNT à bande interdite sur les performances de photodétection de ces films."
L'équipe a étudié les différences de performances des photodétecteurs pour des diamètres SWCNT compris entre 1,0 et 1,4 nm. Les caractéristiques de chaque diamètre ont été évaluées en exposant les films QD SWCNT / pérovskite à une lumière de 410 nm à différentes intensités et en mesurant les courbes courant-tension de chaque film. Ces données pourraient ensuite être utilisées pour déterminer le photocourant, la photoréactivité et la détectivité à chaque diamètre de nanotube.
La bande interdite des SWCNT est à peu près inversement proportionnelle au diamètre du nanotube. Lorsque le diamètre du SWCNT a été augmenté de 1,0 nm à 1,4 nm, l’équipe de recherche a observé une augmentation de la réactivité d’environ un ordre de grandeur, une multiplication par 5 de la détectivité et une multiplication par 4 de la vitesse de réponse. Les SWCNT de plus grand diamètre mesurés dans l'étude ont amélioré la capacité et la mobilité du porteur pour améliorer les performances du film.
"La grande amélioration des performances photoélectriques dans les films contenant des SWCNT de plus grand diamètre est attribuée à l'augmentation des champs électriques intégrés à l'interface d'hétérojonction des SWCNT/QD semi-conducteurs s-SWCNT…, ce qui entraîne la séparation des porteurs de trous des excitons photogénérés en s. -SWCNT et transport rapide dans les films SWCNT", a déclaré Liu.
Les photodétecteurs de nouvelle génération fabriqués à partir de SWCNT et de QD sont nécessaires pour réduire le coût des matériaux, la consommation d'énergie et la fragilité de ces types de détecteurs dans l'électronique du futur. Il est intéressant de noter que les films monocouches SWCNT seuls sont très inefficaces pour détecter la lumière, et que les films QD de pérovskite sont sujets à une faible mobilité, réactivité et détectivité des porteurs. En revanche, les films à points quantiques de pérovskite, lorsqu'ils sont associés à des monocouches SWCNT, améliorent l'absorption optique sous la forme d'un film bicouche mince avec une réactivité améliorée.
Les résultats de cette étude aideront d'autres scientifiques dans la conception et la fabrication de nouveaux photodétecteurs hautes performances nécessaires aux communications optiques, aux technologies portables et à d'autres applications en médecine et en intelligence artificielle. L'équipe de Liu prévoit d'utiliser ces résultats expérimentaux spécifiquement dans la conception de photodétecteurs optimisés destinés à être utilisés dans des systèmes de vision artificielle très sensibles.
Plus d'informations : Yayang Yu et al, Performances photoélectriques dépendant du diamètre des nanotubes de carbone semi-conducteurs/hétérojonctions pérovskites, Nano Research (2023). DOI :10.1007/s12274-023-5942-1
Informations sur le journal : Nanorecherche
Fourni par Tsinghua University Press
