单晶钙钛矿CsPbBr3辐照损伤及修复研究

The novel perovskite semiconductor CsPbBr3 with great stability and carrier transport ability has been more suitable for low cost and high sensitivity radiation detectors, comparing with the organic-inorganic hybrid perovskite semiconductor. Due to the high energy particles always induce defects into semiconductors, reducing the signal-to-noise ratio and sensitivity of detector by lowering down the product of carrier mobility and lifetime (μτ). It is necessary to clarify how the defects in CsPbBr3 single crystal induced by high energy radiation affect the semiconductor properties. This project will study radiation damage by the accelerated electron beam and γray, and establish the relationship between the defect level and density distribution and carrier transport properties. This will reveal the mechanism of radiation damage. To move forward, this project will improve the radiation recovery ability of CsPbBr3 by doping I- ions, achieving the self -annealing effect. Finally, this project will provide some experimental and theoretical knowledge for irradiation damage research in novel inorganic perovskite CsPbBr3 single crystal for the radiation detection application.

新型钙钛矿半导体CsPbBr3 单晶拥有优异的稳定性和载流子传导能力，较传统的有机无机杂化钙钛矿材料，更适合制备低成本、高灵敏度辐射探测器。但高能粒子辐照会在材料内部引入缺陷而降低载流子迁移率与寿命积（μτ），进而降低探测器的信噪比和灵敏度。因此，研究高能粒子辐照在CsPbBr3晶体内部引入的缺陷与载流子迁移率和寿命之间的内在联系对理解辐照损伤规律有重要的意义。本项目拟采用加速电子和γ射线作为射线源来辐照钙钛矿CsPbBr3单晶样品，通过系统研究不同能量和剂量的射线在样品中所产生的缺陷能级和密度及其对载流子迁移率和寿命的影响规律，并建立物理模型获取载流子迁移率和寿命与辐照损伤缺陷间的关联性规律认识。同时，拟通过适量的I离子掺杂来研究材料辐照损伤缺陷的自修复性能。研究成果有助于理解高能粒子辐照对CsPbBr3单晶物理性能的影响，为其在高灵敏辐射探测领域的应用做前期实验及理论积累。

新型钙钛矿半导体CsPbBr3 单晶拥有优异的稳定性和载流子传导能力，较传统的有机无机杂化钙钛矿材料，更适合制备低成本、高灵敏度辐射探测器。但高能粒子辐照会在材料内部引入缺陷而降低载流子迁移率与寿命积（μτ），进而降低探测器的信噪比和灵敏度。因此，研究高能粒子辐照在CsPbBr3晶体内部引入的缺陷与载流子迁移率和寿命之间的内在联系对理解辐照损伤规律有重要的意义。按照任务计划，本项目采用了升温析晶生长方法成功实现CsPbBr3单晶的生长，该方法简单、高效、可控。并且系统研究了溶剂、温度以及卤素原子掺杂比例对于单晶生长的速度、形貌以及稳定性等方面的影响。随后采用加速电子作为射线源来辐照钙钛矿CsPbBr3单晶样品，通过系统研究不同能量和剂量的射线在样品中引入的宏观缺陷，进一步建模研究了射线对材料缺陷密度和寿命的影响规律。同时，通过适量的I离子掺杂改善了CsPbBr3-xIx样品的热稳定性。结果表明，CsPbBr3-xIx热稳定性随I元素含量的增加而增强，辐照前后单晶样品的稳态、瞬态荧光光谱未发生明显变化。基于本项目，获得授权发明专利一项，发表论文4篇。 研究成果有助于理解高能粒子辐照对CsPbBr3单晶物理性能的影响，为其在高灵敏辐射探测领域的应用做前期实验及理论积累。