厦门大学-厦门市未来显示技术研究院团队在钙钛矿窄带光电探测器研究中取得重要突破

近日，厦门大学与厦门市未来显示技术研究院的研究团队在钙钛矿窄带光电探测器研究领域取得重要突破，在期刊《Laser & Photonics Reviews》上发表题为“Spin-deposited Ruddlesden–Popper Polycrystalline Perovskites for Large-Area High-Sensitivity Filterless Narrowband Photodetectors with Ultrafast Response Speed”的研究论文。通过对二维钙钛矿多晶薄膜的激子吸收和载流子扩散特性精确调控，结合电荷收集窄化机制在3.6 μm厚的薄膜中成功实现了高灵敏度快速响应的钙钛矿窄带光电探测器，其窄带特性可通过有机大分子进一步精确调控，并基于旋涂工艺制备了大面积窄带传感阵列实现色分辨成像，为低成本、大面积、高性能钙钛矿窄带光电探测器的实际应用提供了新的技术路径。

01研究背景

传统的窄带光电探测器依赖于宽带探测器与窄带滤光片的组合使用，不利于器件的小型化。钙钛矿光电探测器（PNPD）因其优异光电性能、高缺陷容忍度、可室温液相低成本制备等优势使其在制备高性能、大面积窄带光电探测器上展现出巨大潜力。目前钙钛矿窄带光电探测器主要通过电荷收集窄化（CCN）机制实现，通常需要厚度超过60 μm的单晶钙钛矿增加短波长光子产生的载流子复合，抑制短波长光响应，从而实现自滤波PNPD。然而钙钛矿单晶的制备过程繁琐且耗时较长，同时其感光面积有限，难以满足大面积制备的需求。

02研究内容

本研究采用一步旋涂法制备二维Ruddlesden–Popper (RP) 相钙钛矿多晶薄膜作为光电探测器的吸光层，成功实现了光谱响应半峰宽低至12.7 nm的高灵敏度快速响应的PNPD，所需钙钛矿层的厚度仅为3.6 μm。团队发现，RP相钙钛矿天然形成的多量子阱结构使其具有明显的窄带激子吸收特性和有限的载流子扩散长度。此外，由于钙钛矿多晶薄膜表面和晶界处的缺陷密度较高，使得钙钛矿表面产生的激子复合增强，从而有效抑制短波光响应，实现窄带探测。

图1 钙钛矿多晶PNPDs的制备和窄带响应机制示意图