Advanced Materials :“光”柔并济 ——基于全无机钙钛矿量子点的柔性自驱动光电探测器阵列

光,似细粒如微波,既纯净单一又绚丽多彩,虽难以捉摸却有着无穷的吸引力。光电探测器,作为万千元器件之一,能够有效地实现光信号到电信号的转换及进行调控。不论对于捕获微光,还是探究强射线,光电探测器都可以满足需要。目前,光电探测器已广泛应用于光通信,环境监测,导弹制导,远程控制以及生物传感等。

伴随着科学技术的高速发展,大量的新兴光电材料喷薄而出。作为其中的代表之一,钙钛矿得益于其高吸收系数,可调控带隙以及可溶液加工的性质等,在近年来得到了日益剧增的关注并且深入广泛的研究。尤其是全无机量子点(CsPbBr3 QDs),不仅继承了杂化钙钛矿优异的光电性能,而且展现出更好的稳定性以及发光特性。但是由于较高的缺陷密度以及绝缘势垒的存在,同时高温注入以及复杂制备工艺的参与,限制了其在柔性光电子器件中的发展。如何同时兼顾高质量材料的制备以及简便的合成,是促进钙钛矿柔性光电探测器进一步发展和产业化的关键。

四川电子科技大学基础与前沿研究院巫江课题组针对这些问题在室温下利用CsBr/KBr混合溶液对CsPbBr3 QDs进行表面钝化,并对其表面特性及光电特征进行了详细的阐述。研究者通过理论以及实验深入探索了该钝化方法对钙钛矿晶体结构影响的详细机理。研究表明,适量CsBr/KBr的摄入,不仅能够提高晶体质量,并且改善薄膜形貌,从而显著地提高了载流子传输及有效地抑制了非辐射复合。为了进一步探究钝化策略对于器件性能的影响,基于柔性衬底的光电探测器应运而生。该研究团队通过系统的测试,发现CsBr/KBr优化后的光电探测器展现出极其优异的性能,远远高于未优化的器件。大于104的高开关比,显著提高的响应率(10.1 A W-1) 以及探测率达到了9.35 × 1013 Jones,这些卓越的性能参数让此跻身于最高性能的柔性光电探测器之一。值得注意的是,这些测试都是在无偏压的条件下进行的,展现了其自驱动的特性,对于未来穿戴式或植入式传感器的持续工作至关重要。此外,该器件在长时间弯曲后表现出极小的性能衰减以及优越的稳定性。最后,此光电探测器阵列也随之展现出均匀的性能分布,在将来的图像领域中也有着巨大的潜力。

该团队相信,此项研究将会为基于高性能钙钛矿柔性光电探测器阵列的研究提供一个新的思路。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202000004)上。