Ultrafast-Broadband Photodetector with High Responsivity Based on an Interface-Engineered 2D Perovskite/CdSe Type-II Heterojunction

光电探测器 材料科学 光电子学 响应度 异质结 比探测率 量子效率 钙钛矿(结构) 带隙 单色 光子学 硒化镉 欧姆接触 载流子 光电流 可见光谱 光电导性 红外线的 碲化镉光电 探测器 量子点
作者
Ying Yang,Hai Huang,Lei Liu,Qiuhong Tan,Yifei Huang,Lujun Yang,Hui Zhang,Xuejin Zhang,Feng Song,Yingkai Liu
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:13 (2): 413-423
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.5c01983
摘要

Two-dimensional (2D) Ruddlesden–Popper perovskite phenylethylammonium lead iodide ((PEA)2PbI4) possesses potential photoelectronic properties and is considered to be an ideal material for photodetectors. However, single devices commonly suffer from low responsivity, slow response speed, and narrow detection range, which hinder their applications in imaging, communications, and artificial intelligence (AI). In this work, high-quality 2D (PEA)2PbI4 tetragons (TTs) were synthesized via a unique liquid–air interface floating method and integrated with cadmium selenide (CdSe) nanobelts (NBs) to construct a novel hybrid heterojunction photodetector. It confirms that the formation of type-II band alignment at the heterointerface enables efficient interfacial charge transfer. Notably, the (PEA)2PbI4/CdSe heterojunction hybrid device exhibits exceptional performance under 450 and 682 nm monochromatic illumination: extremely high responsivity (R) (2.80 × 103 and 6.39 × 103 A/W), excellent detectivity (D*) (4.09 × 1013 and 9.32 × 1013 Jones), large external quantum efficiency (EQE) (7.74 × 105% and 1.16 × 106%), and remarkable Ion/Ioff ratio (3.60 × 105 and 8.66 × 105), as well as fast response speeds (rise/decay time: 108/265 μs and 86/196 μs). Furthermore, the hybrid device overcomes the intrinsic bandgap limitation of (PEA)2PbI4, extending its photoresponse to cover nearly the entire visible spectrum and demonstrating reliable imaging capability. This study provides an innovative strategy for developing high-performance photodetectors with significant practical application potential.
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