Dopant compensation in alloyed CH3NH3PbBr3−xClx perovskite single crystals for gamma-ray spectroscopy

掺杂剂 材料科学 闪烁体 兴奋剂 光电子学 钙钛矿(结构) 电子迁移率 卤化物 分析化学(期刊) 探测器 单晶 光学 无机化学 化学 结晶学 物理 色谱法
作者
Haotong Wei,Dylan DeSantis,Wei Wei,Yehao Deng,Dengyang Guo,Tom J. Savenije,Lei R. Cao,Jinsong Huang
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:16 (8): 826-833 被引量:536
标识
DOI:10.1038/nmat4927
摘要

Organic–inorganic halide perovskites (OIHPs) bring an unprecedented opportunity for radiation detection with their defect-tolerance nature, large mobility–lifetime product, and simple crystal growth from solution. Here we report a dopant compensation in alloyed OIHP single crystals to overcome limitations of device noise and charge collection, enabling γ-ray spectrum collection at room temperature. CH3NH3PbBr3 and CH3NH3PbCl3 are found to be p-type and n-type doped, respectively, whereas dopant-compensated CH3NH3PbBr2.94Cl0.06 alloy has over tenfold improved bulk resistivity of 3.6 × 109 Ω cm. Alloying also increases the hole mobility to 560 cm2 V−1 s−1, yielding a high mobility–lifetime product of 1.8 × 10−2 cm2 V−1. The use of a guard ring electrode in the detector reduces the crystal surface leakage current and device dark current. A distinguishable 137Cs energy spectrum with comparable or better resolution than standard scintillator detectors is collected under a small electric field of 1.8 V mm−1 at room temperature. Hybrid organic–inorganic perovskite single crystals with optimized combination of Cl and Br ions are used to fabricate γ-ray detectors operating at room temperature and competing with the performance of sodium iodide scintillators.
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