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Enhanced-Performance Self-Powered Solar-Blind UV-C Photodetector Based on n-ZnO Quantum Dots Functionalized by p-CuO Micro-pyramids
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-08 , DOI: 10.1021/acsami.1c03424
Norah Alwadai 1, 2 , Somak Mitra 1 , Mohamed Nejib Hedhili 3 , Hadeel Alamoudi 1 , Bin Xin 1 , Naresh Alaal 1 , Iman S Roqan 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-08 , DOI: 10.1021/acsami.1c03424
Norah Alwadai 1, 2 , Somak Mitra 1 , Mohamed Nejib Hedhili 3 , Hadeel Alamoudi 1 , Bin Xin 1 , Naresh Alaal 1 , Iman S Roqan 1
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Smart solar-blind UV-C band photodetectors suffer from low responsivity in a self-powered mode. Here, we address this issue by fabricating a novel enhanced solar-blind UV-C photodetector array based on solution-processed n-ZnO quantum dots (QDs) functionalized by p-CuO micro-pyramids. Self-assembled catalyst-free p-CuO micro-pyramid arrays are fabricated on a pre-ablated Si substrate by pulsed laser deposition without a need for a catalyst layer or seeding, while the solution-processed n-ZnO QDs are synthesized by the femtosecond-laser ablation in liquid technique. The photodetector is fabricated by spray-coating ZnO QDs on a CuO micro-pyramid array. The photodetector performance is optimized via a p–n junction structure as both p-ZnO QDs and p-CuO micro-pyramid layers are characterized by wide band gap energies. Two photodetectors (with and without CuO micro-pyramids) are fabricated to show the role of p-CuO in enhancing the device performance. The n-ZnO QD/p-CuO micro-pyramid/Si photodetector is characterized by a superior photo-responsivity of ∼956 mA/W at 244 nm with a faster photoresponse (<80 ms) and 260 nm cut-off compared to ZnO QDs/Si photodetectors, confirming that the p-CuO micro-pyramids enhance the device performance. The self-powered photoresponse with a high photo-responsivity of ∼29 mA/W is demonstrated. These high-responsivity solar-bind UV-C photodetector arrays can be used for a wide range of applications.
中文翻译：
基于 p-CuO 微金字塔功能化的 n-ZnO 量子点的增强性能自供电日盲 UV-C 光电探测器
智能日盲 UV-C 波段光电探测器在自供电模式下响应度低。在这里，我们通过制造一种新型增强型日盲 UV-C 光电探测器阵列来解决这个问题，该阵列基于由 p-CuO 微金字塔功能化的溶液处理的 n-ZnO 量子点（QD）。自组装无催化剂 p-CuO 微金字塔阵列是通过脉冲激光沉积在预烧蚀的 Si 衬底上制造的，不需要催化剂层或种子，而溶液处理的 n-ZnO QD 是通过飞秒合成的- 液体技术中的激光消融。光电探测器是通过在 CuO 微金字塔阵列上喷涂 ZnO QD 来制造的。由于 p-ZnO QD 和 p-CuO 微金字塔层都具有宽带隙能量，因此通过 ap-n 结结构优化了光电探测器的性能。制造了两个光电探测器（带有和不带有 CuO 微金字塔）以显示 p-CuO 在提高器件性能方面的作用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。
更新日期：2021-07-21
中文翻译：
基于 p-CuO 微金字塔功能化的 n-ZnO 量子点的增强性能自供电日盲 UV-C 光电探测器
智能日盲 UV-C 波段光电探测器在自供电模式下响应度低。在这里，我们通过制造一种新型增强型日盲 UV-C 光电探测器阵列来解决这个问题，该阵列基于由 p-CuO 微金字塔功能化的溶液处理的 n-ZnO 量子点（QD）。自组装无催化剂 p-CuO 微金字塔阵列是通过脉冲激光沉积在预烧蚀的 Si 衬底上制造的，不需要催化剂层或种子，而溶液处理的 n-ZnO QD 是通过飞秒合成的- 液体技术中的激光消融。光电探测器是通过在 CuO 微金字塔阵列上喷涂 ZnO QD 来制造的。由于 p-ZnO QD 和 p-CuO 微金字塔层都具有宽带隙能量，因此通过 ap-n 结结构优化了光电探测器的性能。制造了两个光电探测器（带有和不带有 CuO 微金字塔）以显示 p-CuO 在提高器件性能方面的作用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。n-ZnO QD/p-CuO 微金字塔/Si 光电探测器的特点是在 244 nm 处具有 ~956 mA/W 的优异光响应率，与 ZnO 相比具有更快的光响应 (<80 ms) 和 260 nm 截止QDs/Si 光电探测器，证实 p-CuO 微金字塔增强了器件性能。展示了具有~29 mA / W的高光响应度的自供电光响应。这些高响应度太阳能结合 UV-C 光电探测器阵列可用于广泛的应用。
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