We discuss the transport properties of CsPbBrxI3−x perovskite nanocrystal arrays as a model ensemble system of caesium lead halide-based perovskite nanocrystal arrays. While this material is very promising for the design of light emitting diodes, laser, and solar cells, very little work has been devoted to the basic understanding of their (photo)conductive properties in an ensemble system. By combining DC and time-resolved photocurrent measurements, we demonstrate fast photodetection with time response below 2 ns. The photocurrent generation in perovskite nanocrystal-based arrays is limited by fast bimolecular recombination of the material, which limits the lifetime of the photogenerated electron-hole pairs. We propose to use nanotrench electrodes as a strategy to ensure that the device size fits within the obtained diffusion length of the material in order to boost the transport efficiency and thus observe an enhancement of the photoresponse by a factor of 1000.
References
1.
H.
Huang
, M. I.
Bodnarchuk
, S. V.
Kershaw
, M. V.
Kovalenko
, and A. L.
Rogach
, ACS Energy Lett.
2
, 2071
(2017
).2.
F.
Hao
, C. C.
Stoumpos
, D. H.
Cao
, R. P. H.
Chang
, and M. G.
Kanatzidis
, Nat. Photonics
8
, 489
(2014
).3.
W. S.
Yang
, B. W.
Park
, E. H.
Jung
, N. J.
Jeon
, Y. C.
Kim
, D. U.
Lee
, S. S.
Shin
, J.
Seo
, E. K.
Kim
, J. H.
Noh
, and S. I.
Seok
, Science
356
, 1376
(2017
).4.
A.
Swarnkar
, A. R.
Marshall
, E. M.
Sanehira
, B. D.
Chernomordik
, D. T.
Moore
, J. A.
Christians
, T.
Chakrabarti
, and J. M.
Luther
, Science
354
, 92
(2016
).5.
E. M.
Sanehira
, A. R.
Marshall
, J. A.
Christians
, S. P.
Harvey
, P. N.
Ciesielski
, L. M.
Wheeler
, P.
Schulz
, L. Y.
Lin
, M. C.
Beard
, and J. M.
Luther
, Sci. Adv.
3
, eaao4204
(2017
).6.
L.
Protesescu
, S.
Yakunin
, M. I.
Bodnarchuk
, F.
Krieg
, R.
Caputo
, C. H.
Hendon
, R. X.
Yang
, A.
Walsh
, and M. V.
Kovalenko
, Nano Lett.
15
, 3692
(2015
).7.
S.
Yakunin
, L.
Protesescu
, F.
Krieg
, M. I.
Bodnarchuk
, G.
Nedelcu
, M.
Humer
, G.
De Luca
, M.
Fiebig
, W.
Heiss
, and M. V.
Kovalenko
, Nat. Commun.
6
, 8056
(2015
).8.
Y. S.
Park
, S.
Guo
, N. S.
Makarov
, and V. I.
Klimov
, ACS Nano
9
, 10386
(2015
).9.
G.
Rainò
, G.
Nedelcu
, L.
Protesescu
, M. I.
Bodnarchuk
, M. V.
Kovalenko
, R. F.
Mahrt
, and T.
Stöferle
, ACS Nano
10
, 2485
(2016
).10.
J.
Song
, J.
Li
, X.
Li
, L.
Xu
, Y.
Dong
, and H.
Zeng
, Adv. Mater.
27
, 7162
(2015
).11.
E.
Yassitepe
, Z.
Yang
, O.
Voznyy
, Y.
Kim
, G.
Walters
, J. A.
Castañeda
, P.
Kanjanaboos
, M.
Yuan
, X.
Gong
, F.
Fan
, J.
Pan
, S.
Hoogland
, R.
Comin
, O. M.
Bakr
, L. A.
Padilha
, A. F.
Nogueira
, and E. H.
Sargent
, Adv. Funct. Mater.
26
, 8757
(2016
).12.
Z.
Xiao
, R. A.
Kerner
, L.
Zhao
, N. L.
Tran
, K. M.
Lee
, T.-W.
Koh
, G. D.
Scholes
, and B. P.
Rand
, Nat. Photonics
11
, 108
(2017
).13.
G.
Konstantatos
and E. H.
Sargent
, Colloidal Quantum Dot Optoelectronics and Photovoltaics
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 2013
).14.
D. V.
Talapin
, J. S.
Lee
, M. V.
Kovalenko
, and E. V.
Shevchenko
, Chem. Rev.
110
, 389
(2010
).15.
Z.
Dang
, J.
Shamsi
, F.
Palazon
, M.
Imran
, Q. A.
Akkerman
, S.
Park
, G.
Bertoni
, M.
Prato
, R.
Brescia
, and L.
Manna
, ACS Nano
11
, 2124
(2017
).16.
Z.
Liu
, Y.
Bekenstein
, X.
Ye
, S. C.
Nguyen
, J.
Swabeck
, D.
Zhang
, S. T.
Lee
, P.
Yang
, W.
Ma
, and A. P.
Alivisatos
, J. Am. Chem. Soc.
139
, 5309
(2017
).17.
A.
Nag
, M. V.
Kovalenko
, J. S.
Lee
, W.
Liu
, B.
Spokoyny
, and D. V.
Talapin
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 10612
(2011
).18.
H.
Wang
, E.
Lhuillier
, Q.
Yu
, A.
Mottaghizadeh
, C.
Ulysse
, A.
Zimmers
, A.
Descamps-Mandine
, B.
Dubertret
, and H.
Aubin
, Phys. Rev. B
92
, 041403
(2015
).19.
E.
Lhuillier
, S.
Ithurria
, A.
Descamps-Mandine
, T.
Douillard
, R.
Castaing
, X. Z.
Xu
, P. L.
Taberna
, P.
Simon
, H.
Aubin
, and B.
Dubertret
, J. Phys. Chem. C
119
, 21795
(2015
).20.
E.
Lhuillier
, A.
Robin
, S.
Ithurria
, H.
Aubin
, and B.
Dubertret
, Nano Lett.
14
, 2715
(2014
).21.
D. H.
Kwak
, D. H.
Lim
, H. S.
Ra
, P.
Ramasamy
, and J. S.
Lee
, RSC Adv.
6
, 65252
(2016
).22.
F.
Palazon
, F.
Di Stasio
, S.
Lauciello
, R.
Krahne
, M.
Prato
, and L.
Manna
, J. Mater. Chem. C
4
, 9179
(2016
).23.
F.
Palazon
, S.
Dogan
, S.
Marras
, F.
Locardi
, I.
Nelli
, P.
Rastogi
, M.
Ferretti
, M.
Prato
, R.
Krahne
, and L.
Manna
, J. Phys. Chem. C
121
, 11956
(2017
).24.
Q. A.
Akkerman
, M.
Gandini
, F. D.
Stasio
, P.
Rastogi
, F.
Palazon
, G.
Bertoni
, J. M.
Ball
, M.
Prato
, A.
Petrozza
, and L.
Manna
, Nat. Energy
2
, 16194
(2016
).25.
J. H.
Im
, C. R.
Lee
, J. W.
Lee
, S. W.
Park
, and N. G.
Park
, Nanoscale
3
, 4088
(2011
).26.
V. K.
Ravi
, G. B.
Markad
, and A.
Nag
, ACS Energy Lett.
1
, 665
(2016
).27.
D.
Canneson
, E. V.
Shornikova
, D. R.
Yakovlev
, T.
Rogge
, A. A.
Mitioglu
, M. V.
Ballottin
, P. C. M.
Christianen
, E.
Lhuillier
, M.
Bayer
, and L.
Biadala
, Nano Lett.
17
, 6177
(2017
).28.
Q. A.
Akkerman
, S. G.
Motti
, A. R.
Srimath Kandada
, E.
Mosconi
, V.
D'Innocenzo
, G.
Bertoni
, S.
Marras
, B. A.
Kamino
, L.
Miranda
, F.
De Angelis
, A.
Petrozza
, M.
Prato
, and L.
Manna
, J. Am. Chem. Soc.
138
, 1010
(2016
).29.
L. J.
Willis
, J. A.
Fairfield
, T.
Dadosh
, M. D.
Fischbein
, and M.
Drndic
, Nano Lett.
9
, 4191
(2009
).30.
E.
Lhuillier
, J. F.
Dayen
, D. O.
Thomas
, A.
Robin
, B.
Doudin
, and B.
Dubertret
, Nano Lett.
15
, 1736
(2015
).31.
J.
Gao
, A. F.
Fidler
, and V. I.
Klimov
, Nat. Commun.
6
, 8185
(2015
).32.
A. F.
Fidler
, J.
Gao
, and V. I.
Klimov
, Nat. Phys.
13
, 604
(2017
).33.
B.
Martinez
, C.
Livache
, N.
Goubet
, A.
Jagtap
, H.
Cruguel
, A.
Ouerghi
, E.
Lacaze
, M. G.
Silly
, and E.
Lhuillier
, J. Phys. Chem. C
122
, 859
(2018
).34.
X.
Hu
, H.
Zhou
, Z.
Jiang
, X.
Wang
, S.
Yuan
, J.
Lan
, Y.
Fu
, X.
Zhang
, W.
Zheng
, X.
Wang
, X.
Zhu
, L.
Liao
, G.
Xu
, S.
Jin
, and A.
Pan
, ACS Nano
11
, 9869
(2017
).35.
J. F.
Dayen
, V.
Faramarzi
, M.
Pauly
, N. T.
Kemp
, M.
Barbero
, B. P.
Pichon
, H.
Majjad
, S.
Begin-Colin
, and B.
Doudin
, Nanotechnology
21
, 335303
(2010
).36.
H.
Wang
, E.
Lhuillier
, Q.
Yu
, A.
Zimmers
, B.
Dubertret
, C.
Ulysse
, and H.
Aubin
, ACS Nano
11
, 1222
(2017
).37.
G.
Konstantatos
and E. H.
Sargent
, Appl. Phys. Lett.
91
, 173505
(2007
).38.
F.
Prins
, M.
Buscema
, J. S.
Seldenthuis
, S.
Etaki
, G.
Buchs
, M.
Barkelid
, V.
Zwiller
, Y.
Gao
, A. J.
Houtepen
, L. D. A.
Siebbeles
, and H. S. J.
van der Zant
, Nano Lett.
12
, 5740
(2012
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
