关注
已关注
已认证
粉丝量 0
400-860-5168转6033
仪器信息网认证电话，请放心拨打
“织”就未来：石墨烯-钙钛矿光纤光电探测器，让可穿戴科技更进一步
2024/06/12 17:53
阅读：29
分享：
方案摘要：
产品配置单：
半导体器件新型光电传感器特性分析仪PD-QE
型号： PD-QE
产地： 台湾
品牌： 光焱科技
面议
参考报价
联系电话
方案详情：
想象一下，未来我们穿的衣服不再仅仅是蔽体的工具，而是能够感知周围环境，监测身体状况，甚至实现人机交互的智能系统。这正是可穿戴科技的魅力所在！而将光电器件，如晶体管和光电探测器（PDs），集成到可穿戴设备和纺织品中，是实现这一愿景的关键。
然而，可穿戴科技的发展面临着巨大的挑战，其中一个关键问题是如何让器件在弯曲、拉伸等机械形变下保持稳定性能。传统的器件大多依赖于硅基材料，难以满足柔性可穿戴的需求。
石墨烯-钙钛矿开启可穿戴科技新纪元
为了突破这一技术瓶颈，来自剑桥大学的 Andrea C. Ferrari 教授团队在 Advanced Materials 期刊上发表了一项突破性研究，他们巧妙地将石墨烯和钙钛矿结合起来，制备出具有优异性能的可穿戴光纤光电探测器。
l 石墨烯纤维，开启无限可能
该团队首先使用化学气相沉积 (CVD) 方法在铜箔上生长出单层石墨烯 (SLG)，并将其转移到光纤上，然后将光纤绕转石墨烯层，形成导电的光纤。再通过原子层沉积 (ALD) 技术沉积一层 Al2O3 薄膜作为介电层，并通过相同方法将另一层石墨烯卷绕在上面，形成器件的通道。最后，在通道层上沉积一层钙钛矿，作为器件的光敏元件。
l 石墨烯-钙钛矿材质特性整理
- 石墨烯，是单层碳原子组成的平面材料，厚度仅为一个原子层，是已知最薄的材料之一。
其优势：
l 高导电性： 石墨烯具有优异的导电性能，电子迁移率在室温下可以达到15000 cm²/V·s以上。使其成为制作导电纤维的理想材料。
l 柔性可弯曲且轻薄： 石墨烯作为二维材料非常轻薄，几乎没有重量的柔性特性使其能够适应纤维的弯曲变形，不会影响器件性能。
l 化学稳定性： 石墨烯具有良好的化学稳定性，可以抵御环境中的腐蚀和氧化，从而保证器件的长期稳定性。
-钙钛矿的优势
l 高光响应: 钙钛矿材料具有良好的光电特性，使其成为制作光电探测器的理想选择。
l 可调谐能隙: 钙钛矿材料的能隙可以通过改变其成分进行调节，使其适用于不同的光谱范围。
l 低成本: 钙钛矿材料可通过溶液发低温制备，工艺简单且成本低廉，使其具有经济优势。
该团队制备的光纤光电探测器 (PD) 表现出优异的性能：
高速响应： 响应时间约为 9 毫秒，比现有的可穿戴光纤光电探测器快一个数量级。
高外部响应度: 在 488 nm 激光照射下，器件在 1 V 偏置电压下具有约 22 kA/W 的外部响应度，比现有的可穿戴光纤光电探测器高两个数量级。
优异的柔韧性： 在 4 mm 半径弯曲下，器件的光电流保持率高达 80%，展现出优异的柔韧性。
良好的耐洗性： 经过 30 次 AATCC 标准洗涤测试后，器件的光电流保持率约为 72%，展现出良好的耐洗性。
未来的应用场景
这项研究为可穿戴光电探测器的开发开辟了新的道路，具有广阔的应用前景：
l 医疗保健: 可穿戴光纤光电探测器可以集成到衣物中，监测心率、血压等生理参数，为疾病诊断和健康管理提供更便捷的方式。
l 人机交互: 光纤光电探测器可以感知环境光线变化，从而实现人机交互，例如控制智能设备、照明系统等。
l 安全监测: 光纤光电探测器可以用于监测危险环境，例如检测有害物质或危险气体，保障人员安全。
挑战与机遇
尽管石墨烯-钙钛矿光纤光电探测器展现出巨大的应用潜力，但其发展也面临着一些挑战：
稳定性: 钙钛矿材料的稳定性仍然是制约其应用的重要因素。如何在恶劣环境条件下保持钙钛矿材料的稳定性，是未来研究的重点。
大规模制备: 目前，石墨烯-钙钛矿光纤光电探测器的制备工艺比较复杂，难以实现大规模生产。
集成性： 将光纤光电探测器与其他电子器件和纺织品集成，实现更加复杂的功能，还需要进行进一步的研究。
总结
石墨烯-钙钛矿光纤光电探测器有望在可穿戴科技领域掀起新的革命。其优异的性能和良好的稳定性，将为可穿戴电子设备的设计和应用开拓新的可能性，为人们的生活带来更多便利和安全保障。未来，克服现有的挑战，将进一步推动该技术的发展，实现可穿戴科技的广泛应用。
Fig. 7.
(B）光致发光光谱，分析: PVK在750 nm处有显著的发光峰，而SLG/PVK的发光强度较低。
(C）光致发光寿命，分析: PVK的光致发光寿命较长，而SLG/PVK的衰减更快。
Fig. 9.
(a) 光纤PD的光谱噪声功率。纵轴为噪声密度（dBm/Hz），横轴为频率（Hz）。(b) 光纤PD的波长依赖性 𝑅𝑒𝑥𝑡R ext 和吸收率。纵轴左侧为 𝑅𝑒𝑥𝑡R ext （A/W），右侧为吸收率，横轴为波长（nm）。
原文出处: ADVANCED MATERIALS
推薦設備_
1. PD-QE新型光电传感器特性分析仪
规格
l PD-QE 有不同的模块，偏置电压也可由 20 V 到 1000 V。同时，可测量高分辨率的光电流，分辨率最高可达 10-16 A。
l 波长扩充可达 1800 nm。
l 可选配软件升级控制 Kiethley 4200 SMU。
l 应用- 有机光传感器 (OPD, Organic Photodiode)、钙钛矿光传感器 (PPD, Perovskite Photodiode)、量子点光传感器 (QDPD, Quantum Dots Photodiode)、新型材料光传感器,第三代半导体材料(Photodiode/Photodetector)
下载本篇解决方案：
更多
自动设备加速平台搭载量子效率表徵设备精准操控工艺参数，常温常压下实现超23%
太阳能电池是实现可持续发展的重要途径， 但传统的硅基太阳能电池在效率提升方面面临挑战，难以充分利用全部光谱。 近年来，钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本和制备工艺简单等优点，备受关注。 但是， 钙钛矿材料的稳定性问题以及复杂的环境因素， 一直是阻碍其大规模应用的关键问题。 为了突破这些限制， 科研人员不断探索新的方法， 以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。 然而，传统的制备方法通常依赖人工操作， 无法精确控制所有关键参数，导致重复性差、效率不稳定。 近期，德国埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系 Christoph J. Brabec 教授团队在Energy & Environmental Science 杂志发表了一篇突破性研究成果， 他们使用全新的 “自动设备加速平台" (DAP)， 精确地操控了钙钛矿太阳能电池制备的关键参数， 并在常温常压的环境下成功地将电池效率提升至23% 以上。
能源/新能源
2024/07/12
跨校合作使用量子效率量测发表钙钛矿太阳能电池大面积模块化生产
钙钛矿太阳能电池（PSC）凭借其高效率、低成本、易制备等优势， 成为近年来光伏领域具潜力的下一代光伏技术之一。 但目前， 钙钛矿太阳能电池的小尺寸器件已取得重大突破， 但在向大面积模块化生产发展过程中仍存在不少挑战。 制备大面积模块需要更长的时间， 这对薄膜的沉积和制备工艺提出了更高要求， 同时也对材料的稳定性和加工窗口提出了挑战。 近三年来，钙钛矿太阳能电池大面积模块化的研究进程主要集中在提高效率、稳定性和可制造性方面。 近日，由西安电子科技大学常晶晶教授，联合洛桑理工学院 Mohammad Khaja Nazeeruddin 教授团队和西北工业大学李祯教授团队在Energy & Environmental Science 杂志发表了突破性研究成果。 该团队通过巧妙地将 N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂与冷却策略相结合， 在两步沉积法中获得了更稳定的基于 FA 的钙钛矿中间相， 从而实现了更长的退火窗口。
能源/新能源
2024/07/12
AM1.5G A+级太阳光模拟器及量子效率量测提升全聚合物太阳能电池效率
全聚合物太阳能电池(all-PSCs)凭借其出色的稳定性和机械耐用性，被认为是未来太阳能电池应用的重要方向。全聚合物太阳能电池主要由供体和受体两种有机聚合物材料组成，其基本结构包括以下： l 透明导电电极： 通常由氧化铟锡（ITO）制成，用于光的透射和电子的导电。 l 电子传输层： 提高电子从活性层向电极的传输效率。 l 活性层： 由供体和受体材料组成，是光生电荷的主要产生区域。供体材料吸收光子产生激子（电子-空穴对），激子在受体材料处分离成自由电子和空穴。 l 空穴传输层： 提高空穴从活性层向电极的传输效率。 l 金属电极： 通常由银或铝制成，用于收集和导出电荷。 近年来，全聚合物太阳能电池的研究发展迅速： l 材料发展: 随着非富勒烯受体材料的快速发展，APSCs的光/热稳定性和柔韧拉伸性能显着提高。 l 转换效率: 研究显示，聚合物太阳能电池的转换效率已突破10%，这使其成为一种有竞争力的替代传统硅基太阳能电池的技术。 l 机械灵活性: APSCs表现出优异的透明性、溶液加工性和机械灵活性，使其在柔性电源系统中有广泛应用前景。 然而，由于其效率长期落后于小分子受体基太阳能电池，限制了其进一步发展。如何有效平衡并提升开路电压(Voc)和短路电流密度(Jsc)成为全聚合物太阳能电池领域的一大难题。 近期，香港科技大学颜河教授团队在国际顶级期刊 Energy & Environmental Science 上发表了突破性研究成果， 成功开发了一种名为PYO-V的新型聚合物受体， 它可以通过调节分子结构， 实现更宽的光谱吸收和更高的能量级， 从而有效提升了全聚合物太阳能电池的性能， 并实现了高效的多功能光伏应用。 颜河教授是香港科技大学化学系教授，长期致力于有机光伏材料与器件方面的研究， 在国际著名期刊发表了200余篇高质量学术论文。 他的团队致力于突破现有全聚合物太阳能电池的技术瓶颈， 为下一代高效稳定的光伏器件的开发提供新的思路和方向。
能源/新能源
2024/07/12
北卡教堂山分校黄劲松研发出强化屏障有效提高稳定性
钙钛矿太阳能电池（PSC）作为下一代光伏技术的重要候选者，近年来取得了飞速的发展， 其光电转换效率已经接近甚至超越了传统晶硅太阳能电池。 然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题依然是制约其商业化应用的关键难题。 反向偏压（reverse bias）对钙钛矿太阳能电池的稳定性有着重要影响， 它可能导致钙钛矿材料分解， 进而影响电池的长期稳定性。 因此，理解反向偏压对钙钛矿结构和性能的影响是提高电池稳定性的重要研究方向。 研究人员需要深入了解反向偏压条件下钙钛矿材料的降解机制， 以找到提高其稳定性的解决方案。 研究反向偏压下的降解机理能帮助科学家找出钙钛矿太阳能电池的弱点。 这些研究有助于设计更加耐用的材料和结构， 以防止电池在反向偏压条件下快速降解。 同时，反向偏压会导致效率损失，这主要是由于电荷载流子的再结合速率增加以及可能的渗透电流增大。 了解和克服这些问题对于保持高效率运行的钙钛矿太阳能电池至关重要。 研究反向偏压对电池的影响还有助于改进封装技术， 防止环境因素（如湿气和氧气）在反向偏压条件下对钙钛矿材料造成的影响。 近期，北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授团队在国际顶尖期刊《Nature Energy》上发表了一项重要研究成果， 揭示了钙钛矿太阳能电池在反向偏压下失效的机理， 并通过构建强化屏障， 显着提高了钙钛矿太阳能电池在反向偏压下的稳定性。
能源/新能源
2024/07/11
仪器信息网APP
展位手机站