用于光电探测器和太阳能电池的喷墨打印过渡金属二卤化物和有机卤化物钙钛矿( Inkjet Printed Transition Metal Dichalcogenides and Organohalide Perovskites for Photodetectors and Solar Cells )

RFHP D

本论文致力于利用二维材料喷墨打印的前景，开发用于光电子和光伏应用的新型器件。对由石墨烯、二硫化钼(MoS2)、二硒化钨(WSe2)和二维钙钛矿组成的液体剥离二维油墨的表征进行了系统的深入讨论。在第一项研究中，利用小鼠胚胎成纤维细胞(STO)和人食管成纤维细胞(HEF)细胞系将石墨烯和MoS2滴注到柔性PET和聚酰亚胺基底上，探索了2D材料的生物相容性。STO和HEF的聚酰亚胺样品具有较高的生物相容性，细胞存活率可达98%,融合率可达70-98%。利用光活性MoS2和导电石墨烯的油墨，构建了一种喷墨打印的生物相容性异质结构光电探测器，该探测器有助于光载体的电荷收集。这种设备的重要性源于它们在年龄相关性黄斑变性(AMD)中的潜在效用，这种疾病是一种光敏视网膜组织随着年龄的增长而退化，最终损害视力的疾病。生物相容性喷墨打印二维异质结器件在可见光区对宽带入射光具有光响应性，光电流与入射光强度成比例关系，光响应率R~0.30a/W。通过弯曲实验，获得了Iph为1.16μA的应变水平，曲率为0.262cm-1的应变水平，表明这种器件用于柔性衬底上的大幅面阵列印刷是可行的。在光电子测量的同时，多层MoS2的拉曼激活模E12g和A1g的频率随温度的升高而发生红移(～80～573K),其中E12g和A1g模的温度系数分别为-0.016cm-1/K和-0.014cm-1/K。对液态剥离多层MoS2的E12g模和A1g模的声子寿命τ分别在皮秒范围内。其次，研究了柔性聚酰亚胺衬底上全喷墨印刷的WSE2-石墨烯异质结构光电探测器，发现器件性能优于MoS2-石墨烯光电探测器。印刷光探测器在可见光区对宽带入射辐射具有光响应特性，室温下的光响应率R~0.7A/W,电导率σ~2.3×10-1S/m。第三，在聚酰亚胺衬底上，利用喷墨印刷技术制备了二维层状有机卤化物(CH3(CH2)3NH3)2(CH3NH3)n-1PbNi3n+1(n=2,3,4）钙钛矿结构的异质结构柔性光探测器件。在上升沿和下降沿的光响应时间分别为上升24 ms和下降65 ms时，on/OFF比为2.3×103。本文首次对喷墨印刷钙钛矿型光电探测器进行了应变相关测量，结果表明，随着弯曲（曲率半径为0.262cm-1)的增加，Ip仅降低了约27%。这项工作展示了喷墨打印、成分可调谐、有机卤化物二维钙钛矿异质结构在高性能光电探测器方面的巨大潜力，这些技术也很容易被转化为柔性太阳能电池平台。第四，研究了2D(CH3(CH2)3NH3)2(CH3NH3)n-1PbNi3n+1(n=4)钙钛矿的金属接触和载流子输运。全喷墨打印的Gr-钙钛矿和Ag-钙钛矿光电探测器对波长为400～2300nm的宽带入射辐射具有良好的光响应特性。比较了Gr-perovskit的光响应度R和检测率D

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