New Lead-free Organic–Inorganic Hybrid Semiconductor Single Crystals for a UV–Vis–NIR Broadband Photodetector

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作者
Fengcai Liu,Xia Cai,Kai Liu,Saqib Rafique,Fatemeh Behrouznejad,Kejun Bu,Xujie Lü,Jiao Wang,Shuaiqin Wu,Xudong Wang,Yiyi Pan,Xiaoguo Li,Yichen Cai,Junqiang Zhu,Zhijun Qiu,Anran Yu,Hong Shen,Jianlu Wang,Yiqiang Zhan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (29): 33850-33860 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.2c08116
摘要

Organic-inorganic hybrid semiconducting (OIHS) materials, which can detect broader spectral regions, are highly desired in several applications including biomedical imaging, night vision, and optical communications. Although lead (Pb)-halide perovskites have reached a mature research stage, high toxicity of Pb hinders their large-scale viability. Tin (Sn)-based perovskites are the most common OIHS broadband light absorbers that replace toxic Pb; however, they are extremely unstable due to the notorious Sn2+ oxidation. Herein, a novel, non-toxic, and solution-processed millimeter-sized OIHS single crystal [Ga(C3H7NO)6](I3)3 has been grown at room temperature. Both the absorption measurement and density functional theory calculations have confirmed a narrow indirect band gap of 1.32 eV. The corresponding photodetector based on this single crystal demonstrated excellent performance including an ultraviolet-visible-near infrared (UV-vis-NIR) response between 325 and 1064 nm, fast response time (trise/tdecay = 3.8 ms/5.4 ms), and profound air storage stability (41 h), thus outperforming most common photodetectors based on Sn-based perovskites. This work not only provides a profound understanding of this novel organic-inorganic single-crystal material but also demonstrates its great potential to realize the high-performance UV-vis-NIR broadband photodetectors.

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