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黄劲松最新Nature:自供电钙钛矿光子计数探测器具有更好的能量分辨率

 更新时间:2023-04-07 点击量:480

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主要内容

金属卤化物钙钛矿(MHPs)已被成功地用于太阳能电池、发光二极管、光电探测器和太阳能燃料中,将光子转换为电荷,反之亦然。

在这篇文章中,北卡罗来纳大学黄劲松团队展示了自供电的多晶钙钛矿光电探测器在光子计数方面可以与商用硅光电倍增管(SiPMs)相媲美。尽管深阱限制了电荷收集效率,但钙钛矿光子计数探测器(PCDs)的光子计数能力主要由浅阱决定。

在聚晶三碘化铅甲基铵中发现了两个能量深度分别为5.8±0.8(meV)和57.2±0.1 meV的浅圈闭,它们停留在晶界和表面。结果表明,二苯硫的晶粒尺寸增强和表面钝化可以减少这些浅层圈闭。在室温下,它极大地抑制了暗计数率(DCR),从每秒每平方毫米>20,000次计数(cps mm-²)降低到2 cps mm-²,对弱光的响应比SiPMs更好。该探测器实现了99.8%的脉冲探测概率和95±5%的内量子效率,对于几百到几亿入射光子。钙钛矿PCDs能够以比SiPMs更好的能量分辨率收集γ射线能谱,并在高达85°C的高温下保持性能。钙钛矿探测器的零偏操作使噪声和检测性能无漂移。这项研究利用其特性,开辟了钙钛矿光子计数的新应用。


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图1:暗计数起源和光子计数性能


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图2:抑制钙钛矿PCDs的DCR


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图3:钙钛矿探测器光子计数性能


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图4:钙钛矿PCDs与LaBr3:Ce闪烁体γ射线光谱性能耦合


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图5:钙钛矿PCDs稳定性


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扩展数据图6:DCR的温度相关性


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扩展数据图11:PCDs与LaBr3:Ce闪烁体耦合收集光谱


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扩展数据图12:钙钛矿PCDs与CsI(Tl)闪烁体耦合稳定性研究

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文献信息
Self-powered perovskite photon-counting detectors

Ying Zhou, Chengbin Fei, Md Aslam Uddin, Liang Zhao, Zhenyi Ni & Jinsong Huang


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