Addressing the Voltage Induced Instability Problem of Perovskite Semiconductor Detectors

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作者
Hsinhan Tsai,Dibyajyoti Ghosh,Wyatt Panaccione,Li‐Yun Su,Cheng‐Hung Hou,Leeyih Wang,Lei R. Cao,Sergei Tretiak,Wanyi Nie
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (11): 3871-3879 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02054
摘要

Perovskite-based solid-state radiation detectors have delivered impressive performances, but the electrical field induced instability has been a major detriment for the further development. Here, we identify the voltage-induced instability is directly tied to the humidity levels. A higher humidity elicits a hysteresis in the current–voltage curve and lowers the breakdown voltage. We further add a fluorinated phenylethylamine iodide (5F-PEAI) barrier layer on the perovskite, which protects the device against voltage damage. Photoluminescence maps identify the ion migration and degradation can be suppressed by 5F-PEAI. Quantum chemical simulations corroborate experimental results by revealing high energy barrier for water penetrating the 5F-PEAI layer with enhancing stability of halide perovskite under humid condition. Using a treated device, we demonstrate high X-ray sensitivities approaching 1000 μC/(Gyair·cm2) under high biases. Our work provides a mechanistic understanding on the voltage instability of 2D perovskite detectors and provides a viable solution toward robust detector development.

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