圖1.(a)熱調(diào)控示意圖;(b)PL光譜;(c)TRPL mapping圖。

近日，上海大學(xué)材料基因組工程研究院王生浩教授團(tuán)隊(duì)在二維鈣鈦礦光電探測(cè)器領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)熱調(diào)控方法制備出高結(jié)晶性、高穩(wěn)定性的二維鈣鈦礦薄膜，顯著增強(qiáng)了其在近紅外(NIR)弱光條件下的光電探測(cè)性能。相關(guān)成果以題為“A 2D Perovskite Photodetector for NIR Range and Weak‐Light Imaging Applications via Thermal Regulation”的研究論文形式，發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域著名期刊《Advanced Functional Materials》。

二維有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的光吸收能力和出色的環(huán)境穩(wěn)定性，近年來(lái)在光電探測(cè)、成像、通信等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。目前，Pb基二維鈣鈦礦材料的帶隙通常在1.6?eV以上，這使得其對(duì)近紅外波段的光吸收能力受限，難以滿足夜視成像、醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)等對(duì)低能量光探測(cè)的需求。此外，二維鈣鈦礦中不同n值的多相共存問(wèn)題也會(huì)導(dǎo)致載流子傳輸路徑混亂、非輻射復(fù)合嚴(yán)重，從而影響探測(cè)效果。

在本研究中，研究人員通過(guò)熱調(diào)控襯底工藝有效抑制了二維鈣鈦礦薄膜中低n相的形成并促進(jìn)高n相的生長(zhǎng)，從而大幅提升了結(jié)晶質(zhì)量，并減少了材料內(nèi)部的缺陷(見圖1)，延長(zhǎng)了載流子壽命。與此同時(shí)，材料的近紅外吸收能力也得到了顯著增強(qiáng)，吸收邊界延伸至816nm?；谶@一優(yōu)化工藝制備的光電探測(cè)器在800nm近紅外探測(cè)表現(xiàn)出優(yōu)異性能，響應(yīng)度高達(dá)0.325 A/W，探測(cè)率達(dá)到1.12 × 1011 Jones，噪聲電流極低，表現(xiàn)出良好的靈敏度與穩(wěn)定性。更重要的是，該探測(cè)器在弱光(0.1 μW/cm2)照射下仍能獲取清晰的高分辨率近紅外成像，在弱光醫(yī)療診斷、機(jī)器視覺、夜視監(jiān)控等場(chǎng)景有巨大應(yīng)用潛力(見圖2)。

圖2.(a)探測(cè)器響應(yīng)度和探測(cè)率性能;(b)強(qiáng)光和弱光條件下的成像結(jié)果;(c)弱NIR光探測(cè)的潛在應(yīng)用。

上海大學(xué)為本文第一署名單位，上海大學(xué)材料基因組工程研究院博士生吳利芳同學(xué)為第一作者，上海大學(xué)材料基因組工程研究院王生浩教授、重慶文理學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院程江教授、李璐教授為共同通訊作者。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(12474072、52374307)和先進(jìn)耐火材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，在此表示感謝。

審核編輯 黃宇