近日，电子与电气工程系副教授罗丹课题组在窄带光电探测器研究领域取得进展，成果以“Narrowband Near-infrared Perovskite/Polymer Hybrid Photodetectors”为题，发表于国际著名学术期刊 《ACS Applied Materials & Interfaces》 (IF=8.758)。

近年来，窄带光电探测器受到了广泛关注，其具有无需滤光片、结构简单、可制备成柔软和穿戴应用等优点，是传统的宽谱无机光电探测器不具备的。本工作报道了一种有机-无机复合型钙钛矿和有机薄膜叠层的复合光电探测器，实现了探测光谱半高宽小于50 nm的近红外光窄带探测，无需电压驱动，其-3 dB响应截止频率高达300 kHz。

研究人员分析了不同厚度的钙钛矿层对复合光电探测器的性能的影响。研究发现，随着钙钛矿层的厚度增加，复合光电探测器的响应光谱由宽谱响应变为窄谱响应，其响应光谱与有机薄膜层在器件内的光吸收光谱对应。研究人员认为，该复合光电探测器的光电流只由有机薄膜层产生，而钙钛矿层不产生光电流，在器件中起着空穴传输和光场调控的作用。

研究人员分析了不同厚度的有机薄膜对复合光电探测器的性能的影响。通过分析光电流-有效电压关系、不同光强下的开路电压、填充因子的变化，研究发现，随着有机薄膜的厚度增加，会形成空间电荷积累，影响对钙钛矿层产生的光生载流子的传输和收集。在活性层为CH3NH3PbI3 (1700 nm)/PTB7-Th:PC71BM (200 nm)的复合光电探测器中，钙钛矿层的光生载流子受到空间电荷积累的限制，不能形成电流，因此光电流仅由有机薄膜层产生，从而实现近红外光的窄带响应。

研究人员指出，形成空间电荷积累是影响钙钛矿和有机薄膜叠层的复合光电探测器响应光谱特性的关键因素，而钙钛矿和有机薄膜叠层中的电荷积累是由于钙钛矿中的空穴迁移率与有机薄膜中的迁移率不平衡导致的。研究人员认为，理解钙钛矿和有机薄膜叠层中的空间电荷积累效应，不仅对设计窄带光电探测器提供了理论依据，也对研究复合型光电器件提供了新的策略。

本文第一作者是2016级南方科技大学与香港浸会大学联合培养博士研究生蓝钊珏。南方科技大学电子系罗丹副教授和香港浸会大学物理系朱福荣教授为论文的通讯作者。

图1. 钙钛矿和有机薄膜叠层的复合光电探测器的 (a) 器件结构示意图及其响应度光谱, (b) 不同光照条件下的光响应伏安特性曲线。

图2. 不同钙钛矿层厚度的复合光电探测器的外量子效率(external quantum efficiency, EQE)、有机层在器件内的光吸收光谱，及光子吸收分布图。(a-b) PTB7-Th:PC71BM (200 nm); (c-d) CH3NH3PbI3 (200 nm)/PTB7-Th:PC71BM (200 nm); (e-f) CH3NH3PbI3 (1700 nm)/PTB7-Th:PC71BM (200 nm).

图3. 不同有机薄膜厚度的复合光电探测器的 (a) 响应光谱, (b) 光电流-有效电压关系曲线, (c) 开路电压-光强关系曲线, (d) 填充因子-光强关系曲线。