使用摩擦纳米发电机的自供电 SnS2/卤化物钙钛矿光检测系统的设计

基于摩擦纳米发电机的自供电SnS2/卤化物光电探测装置设计

在过去几年中,物联网 (IoT) 和智能设备改善了我们的生活。 人工智能和传感器正在帮助机器和设备变得更加智能1,2。 需要集成电路来实现有效和方便的通信3。 自 Wang 在 20124 年首次报告 TENG 以来,摩擦电系统已被公认为从周围环境中收集和转化能量的合适选择 5。 近年来,光电探测器越来越受到关注,因为它们是能够将入射光转换为电信号的最重要类型的传感器之一。 具有窄带或宽带的光电探测器可用于各种应用,包括光传感器和光谱分析。 文献综述表明,基于2D/3D材料的异质结/异质结构已广泛应用于PD应用。 为了在基于异质结的 PD 中实现高性能,有必要内置电场以抑制光生复合,同时刺激收集 12。 Si 基 PD 能够提供高性能结果。 然而,制造的复杂性和成本限制了它们在工业应用中的采用 13、14。 大多数 PD 基于电化学电池为信号处理和生成供电。 这种设计增加了传感器的尺寸和重量,也限制了维护。 2014 年,ZH Lin 等人。 和郑等人。 代表了基于 TENG 系统 3、17 的自驱动 PD 的调查,从那时起,自驱动 PD 得到了广泛的研究 2、5、9、18、19、20。 这些设备具有潜在的健康监测系统应用,例如心脏检查 21,以及防止有害辐射(例如高紫外线辐射 22)。

但另一方面,尽管 TENG 有望用于可穿戴电子产品,但它们在发电、传感范围、灵敏度以及电气化固有局限性的传感领域仍然不可避免地存在局限性 23,24,25。 此外,由于它们的高电压、低电流和交流输出,如果不使用基于 LC 模块的电源管理电路,TENG 无法有效地为电子设备供电。 一些报告描述了 TENG 和 PMC 之间阻抗匹配的重要性,以提高脉冲 TENG26 中的能量存储效率。 在没有 PMC 的情况下,将 TENG 作为电源与 PD 等耗电设备同步存在挑战。 TENG 和器件之间的匹配电阻和阻抗的过程就是这些挑战之一。

本研究基于三种不同的 TENG:GO 纸/Kapton(FTO/Kapton)、hand/FTO 和 FTO/Kapton,使用本体异质结 SnS2 和钙钛矿材料设计并驱动了一种高效的光电探测器。 在电路设计的第一步中,输出电流幅度用于研究负载电阻对 TENG 阻抗和内阻的影响,以获得更好的性能。 为了获得高光电流,重要的是将负载电阻置于TENG输出电压的临界区以及TENG高功率密度的电阻范围内。 在第二阶段,为了研究暗电阻对自供电光电探测器输出电流的影响,使用了一种器件(具有低初始电阻的全氧化物 ZnO/Cu2O 光电探测器),电路中有和没有变化的负载电阻。

来源和详细信息:
https://www.nature.com/articles/s41598-022-11327-0

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