A causa dell'ampia applicazione dei fotorivelatori in campi tra cui la comunicazione ottica, monitoraggio ambientale, e rilevamento dell'immagine, la ricerca per lo sviluppo di fotorilevatori ad alta efficienza ha attirato una vasta attenzione negli ultimi decenni. Dal 2009, alogenuro di piombo metil ammonio (CH ₃ NH ₃ PbX ₃ , X=alogeno) le perovskiti sono diventate un argomento scottante nella scienza dei materiali per la raccolta della luce nei fotorivelatori.

Attualmente, le prestazioni dei fotorivelatori a base di film sottili di perovskite policristallina sono ancora ad una certa distanza dal valore atteso. Una ragione è che il trasporto del vettore all'interfaccia è facilmente influenzato dai bordi dei grani e dai difetti dei grani. Molti gruppi di ricerca hanno cercato di combinare film sottili policristallini di perovskite con elevata mobilità, materiali bidimensionali per migliorare le prestazioni del dispositivo, e hanno ottenuto risultati promettenti, ma gli effetti negativi dei bordi dei grani policristallini perovskite rimangono ancora.

Risolvere questo problema, un team guidato da Assoc. Prof. Yu Weili dell'Istituto di ottica di Changchun, Meccanica Fine e Fisica (CIOMP) dell'Accademia Cinese delle Scienze, e il Prof. GUO Chunlei dell'Università di Rochester hanno sintetizzato un CH a bassa densità di difetti superficiali ₃ NH ₃ PbBr ₃ micropiastra attraverso la strategia di cristallizzazione a temperatura inversa. Hanno preparato un fotorilevatore a struttura verticale efficace che combina un cristallo singolo di perovskite di alta qualità con grafene monostrato con elevata mobilità del vettore.

I fotorivelatori verticali realizzati con questi CH ₃ NH ₃ PbBr ₃ le micropiastre e il grafene monostrato mostrano eccellenti prestazioni di risposta alla luce con un'elevata sensibilità alla luce (≈1017.1 AW ^-1 ), elevata capacità di rilevamento della luce (≈2.02×10 ¹³ Jones) e un guadagno ultraelevato di 2,37 × 103 con irradiazione laser a 532 nm a temperatura ambiente. I parametri sono di circa un ordine di grandezza più grandi di quelli dei fotorivelatori senza grafene monostrato.

Gli studi sulla cinetica ultraveloce dei portatori hanno dimostrato che il miglioramento delle prestazioni del dispositivo è dovuto principalmente all'aumento della durata dei portatori di perovskite di cristalli di perovskite di alta qualità e all'efficace estrazione e trasporto di carica gratuita da parte del grafene.

Si ritiene che le prestazioni del dispositivo significativamente migliorate dopo la combinazione della micropiastra di perovskite con il grafene bidimensionale siano strettamente correlate alla sinergia operativa dei due materiali nella generazione e nel trasporto del vettore. Ciò enfatizza il ruolo della struttura del dispositivo e del design della banda energetica nell'ottimizzazione del dispositivo, e rivela il meccanismo di estrazione e trasmissione efficace del vettore.

Questo studio, pubblicato in Piccolo , fornisce una nuova strategia per la preparazione di fotorivelatori a perovskite ad alte prestazioni, e svolgerà un ruolo chiave nel promuovere la ricerca e lo sviluppo di dispositivi fotovoltaici compositi bidimensionali in perovskite.