上海大学在二维钙钛矿光电探测器领域取得重要进展

图1.(a)热调控示意图;(b)PL光谱;(c)TRPL mapping图。

近日，上海大学材料基因组工程研究院王生浩教授团队在二维钙钛矿光电探测器领域取得重要进展。团队通过热调控方法制备出高结晶性、高稳定性的二维钙钛矿薄膜，显著增强了其在近红外(NIR)弱光条件下的光电探测性能。相关成果以题为“A 2D Perovskite Photodetector for NIR Range and Weak‐Light Imaging Applications via Thermal Regulation”的研究论文形式，发表在材料科学领域著名期刊《Advanced Functional Materials》。

二维有机-无机杂化钙钛矿因其独特的层状结构、优异的光吸收能力和出色的环境稳定性，近年来在光电探测、成像、通信等领域受到广泛关注。目前，Pb基二维钙钛矿材料的带隙通常在1.6 eV以上，这使得其对近红外波段的光吸收能力受限，难以满足夜视成像、医疗诊断、环境监测等对低能量光探测的需求。此外，二维钙钛矿中不同n值的多相共存问题也会导致载流子传输路径混乱、非辐射复合严重，从而影响探测效果。

在本研究中，研究人员通过热调控衬底工艺有效抑制了二维钙钛矿薄膜中低n相的形成并促进高n相的生长，从而大幅提升了结晶质量，并减少了材料内部的缺陷(见图1)，延长了载流子寿命。与此同时，材料的近红外吸收能力也得到了显著增强，吸收边界延伸至816nm。基于这一优化工艺制备的光电探测器在800nm近红外探测表现出优异性能，响应度高达0.325 A/W，探测率达到1.12 × 10¹¹ Jones，噪声电流极低，表现出良好的灵敏度与稳定性。更重要的是，该探测器在弱光(0.1 μW/cm²)照射下仍能获取清晰的高分辨率近红外成像，在弱光医疗诊断、机器视觉、夜视监控等场景有巨大应用潜力(见图2)。

图2.(a)探测器响应度和探测率性能;(b)强光和弱光条件下的成像结果;(c)弱NIR光探测的潜在应用。

上海大学为本文第一署名单位，上海大学材料基因组工程研究院博士生吴利芳同学为第一作者，上海大学材料基因组工程研究院王生浩教授、重庆文理学院材料科学与工程学院程江教授、李璐教授为共同通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金面上项目(12474072、52374307)和先进耐火材料全国重点实验室的支持，在此表示感谢。

审核编辑 黄宇