近日,，佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室雙聘研究員王學(xué)文教授最近在材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上發(fā)表了題為“Ultrafast Photoexcitation Induced Passivation for Quasi-2D Perovskite Photodetectors”的研究論文,。
該論文報(bào)道了“超快光激發(fā)誘導(dǎo)鈍化”這一缺陷鈍化技術(shù)，并展示了該技術(shù)在實(shí)現(xiàn)高性能準(zhǔn)二維鈣鈦礦光電探測(cè)器上的應(yīng)用價(jià)值,。
準(zhǔn)二維鈣鈦礦在薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中具有較高的形成能,，容易產(chǎn)生多種缺陷，這會(huì)損害薄膜質(zhì)量,，進(jìn)而影響光電器件中光生載流子的收集和傳輸,，降低光電探測(cè)器的響應(yīng)速度、響應(yīng)度和探測(cè)率,。因此,，開(kāi)發(fā)一種高效的薄膜缺陷鈍化技術(shù)，制備高性能的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜,，對(duì)光電探測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義,。
該團(tuán)隊(duì)提出通過(guò)精確調(diào)控超快光激發(fā)的能量密度來(lái)精確控制準(zhǔn)二維鈣鈦礦的降維相變過(guò)程以鈍化薄膜表面缺陷。同時(shí),，促進(jìn)薄膜表面吸附的氧元素與鈣鈦礦的空位復(fù)合,，從而優(yōu)化體缺陷（圖1），最終制備出的光電探測(cè)器展現(xiàn)了接近200 ns的超快響應(yīng)時(shí)間和163 mA/W的高光響應(yīng)能力,，為光電器件薄膜缺陷的鈍化提供了一種全新的高效方法。
圖1. 超快光激發(fā)誘導(dǎo)的準(zhǔn)二維鈣鈦礦薄膜
的降維相變和氧元素?fù)诫s過(guò)程
通過(guò)調(diào)控光激發(fā)強(qiáng)度,，能夠在無(wú)損加工條件下,，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的降維相變過(guò)程和氧元素?fù)诫s過(guò)程,，從而提高薄膜的穩(wěn)定性并促進(jìn)載流子的傳輸。X射線衍射結(jié)果顯示,，薄膜的光學(xué)性能和載流子傳輸性能得到了顯著改善（圖2）,。
圖2. 不同光激發(fā)強(qiáng)度下的(PEA)2MA3Pb4I13薄膜
物像表征
瞬態(tài)吸收光譜（圖3）表明，超快光激發(fā)鈍化技術(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)激光通量來(lái)精確控制準(zhǔn)二維鈣鈦礦膜的降維相變和氧元素?fù)诫s過(guò)程,，從而優(yōu)化薄膜中不同相之間的能量和電荷轉(zhuǎn)移,。
圖3. 光激發(fā)薄膜的載流子動(dòng)力學(xué)特性
超快光激發(fā)鈣鈦礦薄膜制備的光電探測(cè)器，表現(xiàn)出了163 mA/W和4.52×1010Jones的高光響應(yīng)能力和300nm-700nm的寬光譜響應(yīng)能力（圖4）,，相較于原始器件提升了66%,。更重要的是，器件還表現(xiàn)出了200 ns左右的超快光響應(yīng)速度和較高的循環(huán)穩(wěn)定性能,。
圖4. 基于超快光激發(fā)鈍化的高性能準(zhǔn)二維鈣鈦礦
光電探測(cè)器
本文通過(guò)優(yōu)化超快光激發(fā)強(qiáng)度,，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)二維鈣鈦礦的降維相變和氧元素?fù)诫s的高效協(xié)同作用，提供了一種全新,、簡(jiǎn)單,、高效且具有工業(yè)應(yīng)用潛力的薄膜缺陷鈍化技術(shù)。
相關(guān)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407347
