【DFT+实验】江南大学杨国峰教授：基于BA₂PbI₄/GaN异质结构的紫外-可见宽光谱光电探测器

英文原题：A Broadband Photodetector for UV to Visible Wavelength based on BA₂PbI₄/GaN Heterostructure

通讯作者：杨国锋，江南大学

作者：郭嘉睿; 叶炳杰; 谷燕; 刘玉申；杨希峰；谢峰；张秀梅; 钱维莹；张向阳; 陆乃彦；杨国锋

背景介绍

二维有机-无机杂化钙钛矿 (OIP) 由于其显著的环境稳定性、可调的带隙和结构多样性，在钙钛矿光电探测器 (PD) 中表现出了理想的应用前景，并且由于OIPs的带隙可以通过组分的变化来调节，所以OIPs是制备光电探测器的理想材料。近年来，BA₂PbI₄作为一种很有前途的制备PD的候选材料而备受关注。然而，包括BA₂PbI₄在内的大多数钙钛矿可能面临窄带响应的巨大挑战。因此，要克服钙钛矿的窄带响应问题，一个有效的方法是将钙钛矿与合适的宽禁带半导体集成以拓宽器件的响应光谱。本文设计了一个基于BA₂PbI₄/GaN异质结构的光电探测器，通过将BA₂PbI₄与宽禁带半导体GaN结合，使设计出的BA₂PbI₄/GaN异质结光电探测器具有从紫外到可见光区域的宽波段响应能力，并且在呈现出良好的整流效应。通过透射电子显微镜 (TEM)、原子力显微镜 (AFM) 和光致发光 (PL) 等表征手段对BA₂PbI₄的形貌和光学性能进行了表征，此外，通过Quantum ATK模拟软件计算并结合能带理论证明了该异质结为II型能带排列，并对BA₂PbI₄/GaN异质结PD进行了电流机制分析。

【DFT+实验】江南大学杨国峰教授：基于BA₂PbI₄/GaN异质结构的紫外-可见宽光谱光电探测器

图1. BA₂PbI₄材料形貌、光学性能以及异质结AFM、模拟能带结构图

文章亮点

近日，江南大学杨国锋教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了基于BA₂PbI₄/GaN异质结、具有从紫外到可见波段响应能力的宽波段光电探测器。在该项工作中，通过将BA₂PbI₄与宽禁带半导体GaN集成以形成BA₂PbI₄/GaN异质结，克服钙钛矿窄带响应的缺点，进而达到拓宽器件响应光谱的目的。通过分析接触前后BA₂PbI₄/GaN异质结的能带图，来探究BA₂PbI₄/GaN异质结光电探测器的电流传输机制。最终结果表明该BA₂PbI₄/GaN异质结光电探测器实现了从紫外到可见波段的宽波段响应，并且呈现出良好的整流效应。

图2. BA₂PbI₄/GaN异质结PD结构图、归一化光谱响应以及能带示意图

总结/展望

研究团队将二维钙钛矿材料BA₂PbI₄与宽禁带半导体材料GaN集成以构成BA₂PbI₄/GaN异质结构，利用GaN的宽禁带特性，实现了BA₂PbI₄/GaN异质结光电探测器紫外到可见波段的宽波段检测，并且在黑暗条件下具有良好的整流效应。这项工作证明了BA₂PbI₄-GaN异质结构在光电探测器方面的巨大潜力，并为进一步开发宽波段钙钛矿/GaN光电子器件提供了有效的途径。

相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，江南大学硕士研究生郭嘉睿为文章的第一作者， 杨国锋教授为通讯作者。

通讯作者简介

杨国锋教授

杨国锋教授：长期从事III-V族宽禁带半导体和低维半导体电子和光电器件及其系统应用研究工作，已在SCI学术刊物上发表学术论文100余篇。申请发明专利6项。主持国家自然科学基金4项，江苏省自然科学基金1项，江苏省重点研发和无锡市科技发展基金各1项，参与完成国家973、863、自然科学基金和江苏省自然科学基金等多项重点项目课题。获中国电子学会科技进步奖1项，中国轻工业联合会和中国商业联合会科技进步奖各2项，获2016年“中国光学重要进展”和“江苏青年光学科技奖”。

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ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023, ASAP

Publication Date: November 23, 2023

https://doi.org/10.1021/acsami.3c13114

ACS Applied Materials & Interfaces serves the interdisciplinary community of chemists, engineers, physicists and biologists focusing on how newly-discovered materials and interfacial processes can be developed and used for specific applications. The editors are proud of the rapid growth of the journal since its inception in 2009, both in terms of the number of published articles and the impact of the research reported in those articles. ACS AMI is also truly international, with the majority of published articles now coming from outside the United States, capturing the rapid growth in applied research around the globe.

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【DFT+实验】江南大学杨国峰教授：基于BA₂PbI₄/GaN异质结构的紫外-可见宽光谱光电探测器

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