Small :“面面俱到,看见近红外”——基于双面钝化的高灵敏、高稳定锡铅钙钛矿光电探测器及其上转换光探测应用

光电探测器在国民经济的各个领域都起着举足轻重的作用。近年来,杂化铅基钙钛矿材料因其成本低廉、光电性能优异、可溶液制备等优势受到了广泛的关注。但是,因为铅基钙钛矿材料的带隙特性限制,光谱响应的范围只限于300-800 nm波段,难以实现近红外光探测,限制了它在成像和医疗领域的应用。使用Sn2+代替部分Pb2+可以降低钙钛矿的带隙,将光谱范围延伸到1050 nm,被认为是实现近红外响应的直接方法。同时,它还可以减少Pb对环境的污染。但是,Sn2+存在着接触氧气易被氧化成Sn4+的问题,这会导致更多缺陷的产生和钙钛矿材料的降解,严重影响器件的稳定性。因此,探索研制稳定的宽光谱响应的Sn-Pb钙钛矿光电探测器具有重要意义。

吉林大学沈亮教授团队提出了一种双面钝化策略,研制出可用于红外上转换探测的高灵敏、高稳定性的宽谱锡铅钙钛矿光电探测器。分析确定底层钙钛矿的缺陷类型,利用PEAI钝化缺陷的同时,诱导大晶粒尺寸、少晶界的钙钛矿薄膜生长。随后,在钙钛矿的上表面生长一层二维钙钛矿薄膜,有效阻挡水和氧对三维结构钙钛矿的破坏,大幅提高薄膜器件的稳定性。Sn-Pb钙钛矿光电探测器探测范围覆盖300 -1050 nm,在910 nm(近红外区)的响应度(R)为0.53 A W-1,探测率(D*)为7.94 × 1010 cm Hz-1/2 W-1。同时,还显示35 ns的快响应速度以及超过240 h连续测试的稳定性。最终, Sn-Pb宽光谱光电探测器作为核心元件,构建了近红外上转换光探测系统,将人眼不可见的近红外光成功转换为可见光信号,实现了近红外可视化的探测功能。 研究者相信,这项工作从材料-器件-系统应用的角度,为高灵敏、宽谱段和高稳定性探测提供了理论支持和技术手段。这种面面俱到的钝化策略,以及看见近红外光的新颖应用,可以加速钙钛矿探测器的市场化进程。相关论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202001534)上。