Uniones entre los dos materiales diferentes, los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) y la perovskita (CsPbBr3 ) los puntos cuánticos (QD), un material fotovoltaico mecánicamente estable y fácil de personalizar que crea una corriente eléctrica a partir de la luz solar cuando se combina con otro material, como los SWCNT, forman heterouniones semiconductoras que funcionan excepcionalmente bien como fotodetector.
Investigaciones recientes sugieren que aumentar el diámetro de los SWCNT en las heterouniones SWCNT/perovskita QD mejora el rendimiento optoelectrónico, o la capacidad de convertir la luz en electricidad, de la heterounión entre los dos materiales.
Un equipo de científicos probó sistemáticamente los efectos en el rendimiento de diferentes diámetros de SWCNT, una sola capa de átomos de carbono que forman una red hexagonal enrollada en un cilindro sin costuras, con diferentes bandas prohibidas, o la cantidad de energía necesaria para que un electrón conduzca corriente eléctrica. , en películas de heterounión con QD de perovskita.
Su estudio indicó que aumentar el diámetro de los SWCNT mejoraba la capacidad de respuesta, la detectividad y el tiempo de respuesta de este tipo de película de heterounión. Este efecto puede estar mediado por la mayor separación y transporte de excitones fotogenerados, un electrón con carga neutra que transporta energía y que se combina con un hueco de electrón positivo en la película.
El equipo publicó los resultados de su estudio en Nano Research. .
"La alineación entre las bandas prohibidas de SWCNT y QD determina la separación de los excitones fotogenerados en las interfaces heterogéneas, mientras que los SWCNT de diferentes diámetros muestran diferente capacidad de transporte y movilidad", dijo Huaping Liu, investigador principal del estudio y profesor del Instituto. de Física de la Academia China de Ciencias en Beijing, China.
"Estas características determinan el rendimiento fotoelectrónico de las películas de heterounión SWCNT/perovskita QD, por lo que es... importante estudiar sistemáticamente el efecto del diámetro de diferentes SWCNT de banda prohibida en el rendimiento de fotodetección de estas películas".
El equipo investigó las diferencias en el rendimiento del fotodetector para diámetros SWCNT entre 1,0 y 1,4 nm. Las características de cada diámetro se evaluaron exponiendo las películas SWCNT/perovskita QD a luz de 410 nm a diferentes intensidades y midiendo las curvas de corriente-voltaje de cada película. Estos datos podrían luego usarse para determinar la fotocorriente, la fotorresponsividad y la detectividad en cada diámetro de nanotubo.
La banda prohibida de los SWCNT es aproximadamente inversamente proporcional al diámetro del nanotubo. Cuando el diámetro de SWCNT aumentó de 1,0 nm a 1,4 nm, el equipo de investigación observó un aumento en la capacidad de respuesta de aproximadamente un orden de magnitud, un aumento de 5 veces en la detectividad y un aumento de 4 veces en la velocidad de respuesta. Los SWCNT de mayor diámetro medidos en el estudio mejoraron la capacidad y la movilidad del portador para mejorar el rendimiento de la película.
"La gran mejora en el rendimiento fotoeléctrico en películas con SWCNT de mayor diámetro se atribuye al aumento de los campos eléctricos incorporados en la interfaz de heterounión de los SWCNT/QD semiconductores de s-SWCNT..., lo que impulsa la separación de los portadores de orificios de los excitones fotogenerados para s -SWCNT y transporte rápido en películas SWCNT", dijo Liu.
Los fotodetectores de próxima generación fabricados a partir de SWCNT y QD son necesarios para reducir el coste de material, el consumo de energía y la fragilidad de este tipo de detectores en la electrónica del futuro. Curiosamente, las películas monocapa de SWCNT por sí solas son muy ineficientes para detectar la luz, y las películas de perovskita QD son propensas a una baja movilidad, capacidad de respuesta y detectividad del portador. Por el contrario, las películas de puntos cuánticos de perovskita, cuando se combinan con monocapas SWCNT, mejoran la absorción óptica como una película delgada bicapa con mayor capacidad de respuesta.
Los resultados de este estudio ayudarán a otros científicos en el diseño y fabricación de nuevos fotodetectores de alto rendimiento necesarios para las comunicaciones ópticas, tecnologías portátiles y otras aplicaciones en medicina e inteligencia artificial. El equipo de Liu planea utilizar estos hallazgos experimentales específicamente en el diseño de fotodetectores optimizados para su uso en sistemas de visión artificial altamente sensibles.
Más información: Yayang Yu et al, Rendimiento fotoeléctrico dependiente del diámetro de nanotubos de carbono semiconductores/heterouniones de perovskita, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5942-1
Información de la revista: Nanoinvestigación
Proporcionado por Tsinghua University Press
