【器件论文】通过调节 Ga₂O₃ 表面态提升宽带 Sb₂Se₃/Ga₂O₃ 自供电光探测器的性能及其在全天候电晕检测中的应用

        由天津理工大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Enhancing the Performance of Broadband Sb₂Se₃/Ga₂O₃ Self-Powered Photodetectors via Modulation of Ga₂O₃ Surface States and Their Application in All-Day Corona Detection（通过调节 Ga₂O₃ 表面态提升宽带 Sb₂Se₃/Ga₂O₃ 自供电光探测器的性能及其在全天候电晕检测中的应用）的文章。

摘要

        用于电晕放电的光检测和定位技术通常需要集成具有不同光响应波段的多种光探测器（PD），并依赖外部电源供应。本研究利用 Sb₂Se₃/Ga₂O₃ 异质结制备了自供电光探测器，其光响应波段覆盖从日盲紫外（SBUV）到可见光（Vis）和近红外（NIR）波段。通过不同时间段的过氧化氢（H₂O₂）溶液处理，调节 Ga₂O₃ 纳米棒阵列（NR）薄膜的表面状态，以抑制I型异质结中光生载流子的界面复合。H₂O₂ 处理导致 Ga₂O₃ NRs 中的羟基基团（−OH）增加，氧空位减少。−OH 基团可促进氧分子（O₂）在 Ga₂O₃ NRs 中的吸附并形成 O₂^–，从而消耗光生空穴以减少光生载流子的复合。然而，氧空位浓度的降低会导致 Ga₂O₃ NRs 中电子浓度下降，从而阻碍载流子传输。最终，经过 4 分钟 H₂O₂ 处理的优化 Al/Sb₂Se₃/Ga₂O₃/FTO 光电二极管（PD）在254、525 和 850 nm 光照下，分别展现出 3.3、130 和 180 mA/W 的响应度，且无需施加偏压电压。利用氧气吸附和脱附过程调节界面处光生载流子的复合，是提升I型异质结自供电光电探测器性能的有效策略。提出了一种利用光电探测器宽带光响应特性的概念性方案，用于高压输电线路全天候实时电晕放电监测。SBUV 光响应被用于捕获由冠状放电产生的 SBUV 光信号。在可见光和近红外光波段的光响应被用于在白天强光条件和夜间弱光条件下提供冠状放电的背景信息。研究结果为电力物联网（IoT）的数字化提供了低功耗和小型化解决方案，并实现了对高压输电线路的实时监测。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.5c06657