SYNTHESIS, FABRICATION, AND PERFORMANCE EVALUATION OF A SELF-POWERED, HETEROSTRUCTURE, METAL HALIDE PEROVSKITE-BASED, DUAL-FACED PHOTODETECTOR. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.
 | There is a more recent version of this item available. |
![[img]](https://eprints.kfupm.edu.sa/style/images/fileicons/application_pdf.png) |
PDF
Complete Final Thesis Printed.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 31 May 2025. Download (4MB) |
Arabic Abstract
تقدم هذه الأطروحة بحثًا شاملاً في التوليف والتصنيع وتقييم الأداء لكاشف ضوئي مزدوج الوجه يعمل بالطاقة الذاتية ومتغاير هيكل هاليد بيروفسكايت المعدني (MHPs) مع التركيز على تحسين الخصائص الإلكترونية الضوئية للكاشف الضوئي من خلال تخليق المواد المبتكرة. واستراتيجيات هندسة الأجهزة. تجري الدراسة تحقيقًا منهجيًا في تأثير تركيزات المنشطات على أداء أجهزة الكشف الضوئية المعتمدة على MHP. من خلال التجارب الشاملة، تم استكشاف مستويات المنشطات المختلفة من يوديد الليثيوم (LiI) لتمييز آثارها على خصائص الجهاز، بما في ذلك الاستجابة، والكشف، وزمن الاستجابة. بالإضافة إلى ذلك، تمت أيضًا دراسة تأثير بنية الجهاز، ومقارنة تكوينات طبقة الامتصاص المفردة وطبقة الامتصاص المزدوجة (ترادفية) لتوضيح المزايا والقيود الخاصة بكل منهما. يتيح لنا هذا النهج الحصول على رؤى أعمق حول التفاعل المعقد بين تركيز المنشطات، وبنية الجهاز، والأداء الإلكتروني البصري، مما يسهل تحسين تصميمات الكاشف الضوئي لتعزيز الوظائف والكفاءة. علاوة على ذلك، فإن التوصيفات التفصيلية، بما في ذلك تحليل SEM، والتحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية، وقياسات الجهد الحالي (IV)، توفر نظرة ثاقبة للآليات الأساسية التي تقود أداء الجهاز. توضح العلاقة بين خصائص المواد، وبنية الجهاز، ومقاييس الأداء التفاعل المعقد بين تركيز المنشطات، والبلورة، وخصائص نقل الشحنة. تكشف تقييمات الأداء عن تطورات كبيرة في تكنولوجيا الكاشف الضوئي. ومن الجدير بالذكر أن PD5، الذي يشتمل على 5 مول% من المنشطات LiI، وطبقة امتصاص مفردة، يظهر كجهاز عالي الأداء، ويظهر استجابة استثنائية (512.58 مللي أمبير/واط)، واكتشاف (5.06 × 1011 جونز)، وأوقات صعود/هبوط سريعة (167/197 مللي ثانية). ويظهر الجهاز أيضًا كفاءة كمية خارجية عالية (EQE) تبلغ 115.78%، مما يؤكد أدائه المتفوق في تحويل الفوتونات الساقطة إلى إشارات كهربائية. النتائج المقدمة في هذه الأطروحة لا تؤدي فقط إلى تعزيز فهمنا لأجهزة الكشف الضوئية المعتمدة على الهاليد المعدني والبيروفسكايت ولكنها تؤكد أيضًا على إمكاناتها في التطبيقات المتنوعة، بما في ذلك أجهزة استشعار التصوير وأنظمة المراقبة البيئية وشبكات الاتصالات البصرية. يعد الأداء المتميز لـ PD5 بمثابة شهادة على فعالية استراتيجيات المنشطات المبتكرة وهندسة الأجهزة في تعزيز قدرات الكشف الضوئي، ووضع الأساس للتقدم المستقبلي في هذا المجال سريع التطور.
English Abstract
This research presents a comprehensive investigation into the synthesis, fabrication, and performance evaluation of a novel self-powered, heterostructure metal halide perovskite (MHPs)-based dual-faced photodetector with a focus on optimizing the optoelectronic properties of the photodetector through innovative material synthesis and device engineering strategies. The study undertakes a systematic investigation into the impact of doping concentrations on the performance of MHPs-based photodetectors. Through comprehensive experimentation, various doping levels of lithium iodide (LiI) to discern their effects on device characteristics, including responsivity, detectivity, and response time were explored. Additionally, the influence of device architecture, comparing single-absorber layer and double-absorber layer (tandem) configurations to elucidate their respective advantages and limitations was also studied. This approach allows us to gain deeper insights into the intricate interplay between doping concentration, device architecture, and optoelectronic performance, facilitating the optimization of photodetector designs for enhanced functionality and efficiency. Furthermore, detailed characterizations, including SEM analysis, UV-visible spectroscopy, and current-voltage (I-V) measurements, provide insights into the underlying mechanisms driving device performance. The correlation between material properties, device architecture, and performance metrics elucidates the intricate interplay between doping concentration, crystallinity, and charge transport properties. Performance evaluations reveal significant advancements in photodetector technology. Notably, PD5, incorporating 5 mol% LiI doping, and a single-absorber layer emerges as the top-performing device, exhibiting exceptional responsivity (512.58 mA/W), detectivity (5.06 x 1011 Jones), and a rapid rise/fall time (167/197 ms). The device also demonstrates a high external quantum efficiency (EQE) of 115.78%, underscoring its superior performance in converting incident photons into electrical signals. The findings presented in this thesis not only advance our understanding of metal halide perovskite-based photodetectors but also underscore their potential for diverse applications, including imaging sensors, environmental monitoring systems, and optical communication networks. The outstanding performance of PD5 serves as a testament to the efficacy of innovative doping strategies and device engineering in enhancing photodetection capabilities, laying the groundwork for future advancements in this rapidly growing field.
| Item Type: | Thesis (Masters) |
|---|---|
| Subjects: | Chemistry Physics |
| Department: | College of Engineering and Physics > Physics |
| Committee Advisor: | Ashraf, Muhammad Gondal |
| Committee Members: | Mekki, A. and R, S. G. |
| Depositing User: | ABDURRAHMA IMAM (g202103530) |
| Date Deposited: | 02 Jun 2024 11:52 |
| Last Modified: | 02 Jun 2024 11:52 |
| URI: | http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142906 |
Available Versions of this Item
- SYNTHESIS, FABRICATION, AND PERFORMANCE EVALUATION OF A SELF-POWERED, HETEROSTRUCTURE, METAL HALIDE PEROVSKITE-BASED, DUAL-FACED PHOTODETECTOR. (deposited 02 Jun 2024 11:52) [Currently Displayed]