最新研究发现掺杂氧化石墨烯可以提高碘化铅的光电探测性能

前言


碘化铅已被确定为一种潜在的宽带隙、直接p型半导体候选物,在包括生物标记和诊断、x光和核探测器、成像器件、太阳能电池、光电导体、光电探测器和发光二极管等各个领域受到广泛关注。纳米结构的碘化铅由于其不同于块状碘化铅的光学、化学和物理性质而受到越来越多的关注,包括对碘化铅纳米粒子的光学和结构性质的研究。自从钙钛矿基太阳能电池的发现报告了光伏市场的竞争效率,其中碘化铅在混合有机/无机钙钛矿太阳能电池中作为活性无机材料起着关键作用,纳米碘化铅是研究最多的精确材料之一,可以替代或改进,尽管迄今为止还没有竞争材料的报告。研究人员一直试图通过各种方法改变纳米碘化铅的性质,如改变合成技术、尝试各种合成参数和掺杂剂等。


研究内容


印度的研究人员报道了微波辅助共沉淀合成具有均匀hcp形貌的掺杂氧化石墨烯的碘化铅纳米粒子,在碘化铅基体中嵌入氧化石墨烯,并研究了其对碘化铅纳米粒子的光探测性能以及结构、形态和光学性能的影响。与传统加热相比,微波辅助加热被证明能够提供快速、均匀的加热,从而在短反应时间内提高反应速率和选择性。


实验方法


为了获得碘化铅,在两个不同的圆柱形容器中加入0.5 M醋酸铅,并通过在70℃下适当搅拌15分钟将其溶解在50毫升蒸馏去离子水(DDW)中。在这些溶液中,加入50毫升十二烷基硫酸钠(10克/升)和聚乙烯醇(45克/升),在类似温度下定期搅拌30分钟,以获得均匀的溶液。在一个容器中,加入100毫升去离子水,再搅拌30分钟。为了进行最终反应以获得碘化铅,加入1M碘化钠并再搅拌1小时。将两种含有圆柱形容器的溶液一个接一个地插入改良的家用微波装置中,并在700 W下照射15分钟,然后自动关闭。最后,将制备的材料通过DDW过滤几次,收集黄色和深黄色粉末,并在烘箱中于80℃干燥24小时。

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纯的和掺杂的GO-PbI2的傅立叶变换拉曼光谱。

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(1)紫外-可见光谱和(2)纯的和掺GO的PbI2的陶克图

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电流密度与外加磁场的关系。

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(a) PbI2和(b)在不同光照下的光开关特性。


结论


研究人员阐明了GO掺杂对PbI2光电探测性能的影响。采用低温微波辅助路线合成了所需的掺GO PbI2材料。光开关表征评估了掺入GO的PbI2 128 ms的平均响应时间比224 ms的原始材料响应更快。发现掺入GO的PbI2的载流子寿命与纯PbI2相比有所降低,这可能是由于载流子密度增加,因此电荷载流子复合。计算出原始的和掺锗的二氧化铅的微分寿命分别为618毫秒和349毫秒。因此,当PbI2掺杂GO时,光电探测器的整体性能有所提高。



https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112223。

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