På grund av den stora tillämpningen av fotodetektorer i fält inklusive optisk kommunikation, miljöövervakning, och bildavkänning, forskning för att utveckla mycket effektiva fotodetektorer har väckt stor uppmärksamhet under de senaste decennierna. Sedan 2009, metylammonium -blyhalogenid (CH ₃ NH ₃ PbX ₃ , X =halogen) perovskiter har blivit ett hett ämne inom materialvetenskap för ljusinsamling i fotodetektorer.

För närvarande, prestandan för fotodetektorer baserade på perovskit polykristallina tunna filmer ligger fortfarande på ett visst avstånd från det förväntade värdet. En anledning är att bärartransporten vid gränssnittet lätt påverkas av spannmålsgränser och spannmålsdefekter. Många forskargrupper har försökt kombinera perovskit polykristallina tunna filmer med hög rörlighet, tvådimensionella material för att förbättra enhetens prestanda, och har uppnått lovande resultat, men de negativa effekterna av perovskit polykristallina korngränser kvarstår.

För att lösa det här problemet, ett team som leds av Assoc. Prof. Yu Weili från Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) från Chinese Academy of Sciences, och prof. GUO Chunlei från University of Rochester syntetiserade en låg-ytdefekt-densitet CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ mikroplatta genom den inversa temperaturkristallisationsstrategin. De utarbetade en effektiv vertikal struktur fotodetektor som kombinerar en perovskit-enkristall av hög kvalitet med monoskikts grafen med hög bärarmobilitet.

De vertikala fotodetektorerna gjorda med dessa CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ mikroplattor och monoskikts grafen uppvisar utmärkt ljusresponsprestanda med hög ljuskänslighet (≈1017,1 AW ^-1 ), hög ljusdetektivitet (≈2.02 × 10 ¹³ Jones) och ultrahög förstärkning på 2,37 × 103 under 532 nm laserbestrålning vid rumstemperatur. Parametrarna är ungefär en storleksordning större än för fotodetektorerna utan monoskikt grafen.

Ultrasnabba kinetikstudier av bärare har visat att förbättringen av enhetens prestanda främst beror på den ökade livslängden för perovskitbärare av perovskitkristaller av hög kvalitet och effektiv utvinning och transport av gratis laddning med grafen.

Den avsevärt förbättrade enhetens prestanda efter att ha kombinerat perovskitmikroplattan med den tvådimensionella grafen antas vara nära relaterad till den operativa synergin mellan de två materialen vid bärargenerering och transport. Detta betonar enhetens struktur och energibandets roll i enhetsoptimering, och avslöjar mekanismen för effektiv bärarextraktion och överföring.

Den här studien, publicerad i Små , tillhandahåller en ny strategi för framställning av högpresterande perovskitfotodetektorer, och kommer att spela en nyckelroll för att främja forskning och utveckling av perovskit tvådimensionella sammansatta solcellsanordningar.