光电探测器对工业和科学应用十分重要，包括在光通信、环境监测、生物传感和监控摄像系统。近来，有机-无机杂化钙钛矿具有可溶液加工性和优异的本征光电子性能，其作为光电探测器引起了广泛的关注。钙钛矿光电探测器由于具有高吸收系数，故可用很薄的活性层（仅几百纳米）来制备，这可进一步缩短载流子的传输时间，显示出在亚纳秒时间尺度上快速响应光电探测器的巨大潜力。仅在紫外-可见光区域有良好的响应，而在近红外区域的响应可以忽略，这对于数码相机中的成像仪也很有吸引力，消除了红外滤光片对高图像质量的必要性。

设计高效钙钛矿光电探测器的一个关键问题是需要对不同的结构进行多参数优化以获得不同的优化条件，这是一个复杂而耗时的过程。解决方案不是简单地为所有器件结构类型提供一组固定的材料和加工参数。多数情况下，适用于一种器件结构的一组优化工艺参数并不适用于其他类型的器件。因此，开发一种适用于所有器件结构的通用设计准则以进一步提高钙钛矿光电二极管的性能是非常有必要的。

近日，南方科技大学电子系孙小卫讲席教授团队、Aung Ko Ko Kyaw副教授团队和王恺副教授团队合作提出了一种通用策略，以提高不同结构钙钛矿光电探测器的性能。根据团队的最新发现，在远离入射光的活性层和电荷传输层之间的界面上产生的界面电场（E）对于有效收集电荷载流子至关重要。钙钛矿的无意掺杂可以调节界面E，其掺杂类型和密度可通过后退火时间和温度来调控。采用所提出的设计准则，反式和正式结构钙钛矿光电二极管的外量子效率分别为83.51%和76.5%，响应度分别为0.37和0.34 A/W。在自供电模式下，反式和正式结构器件的暗电流分别达到7.95×10^-11和1.47×10^-8 A/cm²，探测率分别高达7.34×10¹³和4.96×10¹² Jones，长期稳定性至少为1600小时。这种优化策略与现有的材料和器件结构兼容，因此在钙钛矿光电器件中具有潜在的应用前景。

该工作发表在国际顶级学术期刊Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.202101729)。研究助理教授吴丹（现为深圳技术大学助理教授）、博士后李文辉（Aung Ko Ko Kyaw团队）和研究助理刘皓宸（王恺团队）为论文共同第一作者、Aung Ko Ko Kyaw副教授、吴丹助理教授和王恺副教授为论文共同通讯作者

图1. 反式和正式器件截面SEM和能带结构示意图

图2. 模拟不同钙钛矿掺杂类型和密度的内建电场

图3. 不同后退火温度下钙钛矿薄膜与电荷传输层间的界面E和PL、TRPL分析

图4. 不同后退火处理下薄膜的掺杂类型和缺陷密度（a）PEDOT:PSS为底层，（b）TiO₂为底层

图5. 界面处电场对电荷分离/传输示意图

图6. （a, b）不同后退火温度处理的反式器件的外量子效率，（c, d）不同后退火温度处理的正式器件的外量子效率

图7. （a, c）反式器件电流-电压特征曲线和EQE稳定性，（b, d）正式器件电流-电压特征曲线和EQE稳定性

Aung Ko Ko Kyaw团队还开发了超快响应和高探测率的自供电光电探测器，该探测器采用了一种以三嗪为核心单元的星形小分子Triazine-Th-OMeTAD，作为钙钛矿光电探测器中的无掺杂空穴传输层。优化后的Triazine-Th-OMeTAD钙钛矿光电探测器在零偏压下暗电流低至1.09 nA/cm²，响应度高达0.47 A/W，比探测率超过8.2×10¹² Jones。显著地，在11mm²的大面积下获得了18 ns的响应速度。这些高性能的钙钛矿光电探测器有望应用于低成本、高性能的近紫外-可见光探测器，可应用于快速帧频可见光成像、光通信等领域。

该工作发表在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry C (DOI: 10.1039/D1TC01323H)。Aung Ko Ko Kyaw课题组博士研究生单成伟和访问硕士研究生孟飞为论文共同第一作者。Aung Ko Ko Kyaw副教授和南京工业大学李工强教授为论文共同通讯作者。

图1. Triazine-Th-OMeTAD的分子结构

图2. （a）器件结构示意图，（b）器件横截面SEM图，（c）电流-电压特性曲线，（d）钙钛矿光电探测器各层能带示意图

图3. （a）器件外量子效率，（b）光谱响应，（c）噪声电流，（d）比探测率

图4. （a）线性动态范围，（b）瞬态光电流响应，（c）归一化频率响应，（d）光谱响应度稳定性