新设计的用于光发射和光探测的过氧化物电化学电池
发布时间：2023-05-12 08:00:00 阅读数： 23
双功能包晶硅集成电化学电池。Credit: Compuscript Ltd
尽管卤化物过氧化物发光器件表现出特殊的性能，如高效率、高色纯度和宽色域，但其工业集成通常受到器件多层结构的技术复杂性以及操作中引起的加热稳定性差的影响。
卤化物包晶石发光电化学电池是一种新型的包晶石光电器件，它与包晶石发光二极管的区别在于其简单的单层结构。包晶石发光电化学电池由硅衬底、多功能单层复合包晶石层（卤化物包晶石微晶、聚合物支撑基质和添加的移动离子的混合物）和透明单壁碳纳米管薄膜顶部接触组成。
由于硅的良好导热性，与传统的ITO/玻璃衬底相比，该设备在运行过程中承受的热度降低了40%。此外，当对该器件施加正向偏压时，它在523纳米（绿色）处产生的亮度超过7000cd/m2。当对该器件施加负偏压时，它作为一个光电探测器运行，其灵敏度高达0.75 A/W（对于蓝色或紫外线区域的波长），具体检测率为8.56∙1011 Jones，线性动态范围为48 dB。这种装置的技术潜力通过展示24像素的指示器以及通过创建最小特征小于50微米的电致发光图像而成功实现装置的小型化得到了证明。
包晶石发光电化学电池是传统包晶石材料装置研究发光二极管的一个可行的替代方案。包晶石发光电化学电池不仅具有更简单的结构和设计，用一个功能层取代包晶石发光二极管的多个活性层、电荷分离层和传输层，而且包晶石发光电化学电池可以拥有LED的所有非凡特性，如高效率、高色纯度和宽色域。
包晶石发光电化学电池之所以能够做到这一点，与LED的工作原理完全不同：当对器件施加电偏压时，包晶石层内的移动正负离子向相应的电极动态迁移，在包晶石层内形成p-i-n结构，从而实现有效的电子-空穴重组与光子发射。对传统LED技术的各种备份的全面研究是使工业机会库多样化的一个宝贵来源。
所报告的装置显示了特殊的发光和光检测（"双功能"）特性，同时增强了运行中的加热耐久性。这是由于在包晶石发光电化学电池的设计中使用了硅衬底而实现的。硅材料是CMOS技术（互补金属氧化物半导体技术）的垫脚石之一，该技术用于制造所有的半导体芯片、显示器等。像过氧化物材料这样的新兴材料与硅的结合，使研发界离获得工业化的过氧化物发光电化学电池又近了一步。
所报道的装置设计的更大好处是其基于单壁碳纳米管的无ITO透明电极。ITO-铟锡氧化物是一种透明的导电材料，广泛用于包晶石光伏和光电子。铟是一种消耗性元素，因此，用基于地球丰富元素的其他材料替代ITO将克服工业中的铟缺乏问题。
该研究发表在《光电子学进展》杂志上。
参考资料：Maria Baeva et al, ITO-free silicon-integrated perovskite electrochemical cell for light-emission and light-detection, Opto-Electronic Advances (2023). DOI: 10.29026/oea.2023.220154
