【儀表網 研發快訊】光電探測器將入射光轉換為可調制的電信號，在自動駕駛、健康監測、生物醫學成像、光通信、軍事安全和夜視等領域具有重要的作用。然而，市面上的光電探測器主要由無機半導體制成，如 Si、Ge 和 InGaAs等。這些半導體具有高溫加工和柔性不兼容的缺點。最近，有機無機雜化鈣鈦礦材料因其固有的特性，如靈活性、溶液加工性、低成本、可調帶隙、高吸收系數、低激子結合能、高載流子遷移率和長載流子擴散長度等，已成為光電探測的理想候選材料。目前，大多數高性能的鈣鈦礦光電探測器都含有鉛。但是由于鉛的固有毒性，它無法應用于可穿戴電子設備、醫療監測和生物成像。在無毒的鈣鈦礦材料中，錫基鈣鈦礦因其寬的吸收光譜、低的激子結合能和高的載流子遷移率而表現出最大的潛力。然而，先前報道的無鉛鈣鈦礦光電探測器都存在暗電流大、響應時間慢和探測率低等問題。
近日，中國科學院大學光電學院孟祥悅教授課題組及其合作者，首次發現通過氰基上具有孤對電子的N可以與Sn2+配位，進而抑制Sn2+的氧化。通過在FASnI3鈣鈦礦的前驅體溶液中引入具有氰基基團的2-氰乙基-1-碘化銨添加劑后，Sn2+的氧化被抑制。所得到的薄膜表現出低的非輻射復合和缺陷態密度。基于此薄膜的自供電光電探測器，表現出低的暗電流(1.04×10-9 A cm-2)，高的探測率(2.2×1013 Jones)，快的響應速度(2.62 µs)和良好的穩定性。在加入2-氰乙基-1-碘化銨分子后，器件的暗電流下降了接近一個數量級。通過抑制Sn2+氧化所增加的激活能被認為是暗電流下降的主要原因。此外，柔性光電探測器也表現出杰出的性能。由于杰出的自驅動光探測性能，光電探測器在0偏壓和弱光的條件下被用于可穿戴人體健康監測。最終，光電探測器與32×32的薄膜晶體管背板集成，實現極弱光(170 nW cm-2)成像。
本工作首次報道了氰基基團用來抑制Sn2+的氧化。通過測試熱激活載流子活化能，Sn2+氧化與光電探測器暗電流的關系被建立。所得到的光電探測器被用于可穿戴健康監測和弱光成像。這一成果近期發表在Advanced Materials上，孟祥悅教授是文章的通訊作者，課題組博士研究生劉天華為文章第一作者。(文/圖 劉天華)
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