Advanced Energy Materials:莫尔钙钛矿光电探测器用于偏振成像

光的偏振是电磁波的一种基本属性,包含有丰富的信息。偏振光的应用也十分悠久,比如在天文上使用偏振光进行遥感探测,至今已有一百多年的历史,在望远镜、摄影、汽车车灯、偏光显微镜等方面偏振光也有独特的应用。偏振成像是一种新兴的成像方式,其相对于传统的成像方式,除图像信息外,还可以得到多维度的偏振信息,基于这种特性,偏振光成像便可以在复杂的背景中检测到目标的信息,比如军事上识别隐身目标,医学上检测癌细胞组织。而偏振光数字成像,可以直接将图像信号转化为数字信号,可以更好的对信号进行识别处理。但是当前所用的偏振光成像探测器通常结构复杂,装置成本高且占用空间,并且需要额外的偏振片来实现成像功能。所以目前的偏振成像探测器趋向于集成化和微型化方向发展。

莫尔条纹是由两个空间频率相近的周期性结构叠加,以恒定的角度和频率发生干涉而形成的光学条纹。莫尔结构在日常生活和科学研究中均具有广泛的应用,在建筑、园艺设计、纺织工艺、工程计量等方面常常可以看到莫尔条纹的身影。中国科学院化学研究所宋延林李明珠研究团队受到莫尔结构的启发,利用纳米压印技术,使用低成本的DVD光盘作为模板,在MAPbI3钙钛矿活性层中构筑了莫尔双光栅结构,制备了高性能的偏振敏感钙钛矿光电探测器。上下相互堆叠的双光栅结构实现了对入射光的高效吸收。优异的器件探测性能来自于双光栅钙钛矿结构高效的光捕获性能和良好的结晶质量。首先在增强光学吸收方面,顶部光栅可以减少光反射损失,底部光栅可以增强光反射吸收,光栅结构具有衍射效果,同时钙钛矿本身具有波导效应,以上光学协同作用可以大大提升入射光的有效光程,增强入射光吸收。这充分印证了莫尔结构“1+1>2”的特性。在结晶质量方面,使用纳米压印技术,施加压力提升了钙钛矿的结晶质量,减少了表面缺陷,载流子被复合几率减小,更多的载流子可以被收集。经过测试,制备的莫尔钙钛矿光电探测器展现了优异的性能,其响应度为15.62 A/W,探测率为5.58×1013 Jones,开关比可达2.7×104,其中响应度和探测率分别是平面无结构器件相应参数的6.7倍和7.8倍。除此之外,制备的光电探测器具有优异的偏振灵敏特性,光电流峰谷比为1.58,在此基础上,对制备的器件进行了偏振成像测试,并取得了良好的偏振成像效果。

研究者相信,此项工作为制备新型高性能的光电探测器开辟了新的途径。本工作中国科学院化学研究所为第一完成单位,中国科学院化学研究所硕士生宋谦汪洋助理研究员为共同第一作者。中国科学院化学研究所李明珠研究员为该论文的通讯作者。

论文信息:

Moiré Perovskite Photodetector toward High-Sensitive Digital Polarization Imaging

Qian Song, Yang Wang, Florian Vogelbacher, Yan Zhan, Danlei Zhu, Yangjie Lan, Wenzhong Fang, Zemin Zhang, Lang Jiang, Yanlin Song, Mingzhu Li*

Advanced Energy Materials

DOI: 10.1002/aenm.202100742

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202100742

AEnM

《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)创刊于2011年,是Wiley出版社旗下能源类材料科学权威期刊。期刊秉持国际、综合视角,为各类应用于能源技术中的先进材料的最前沿研究成果提供展示、传播与交流的国际化平台。最新影响因子为25.245,中科院2020年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。