2021年7月，我院助理教授吴丹课题组与合作单位，以“非故意掺杂内建电场调控——提升钙钛矿光电二极管性能的通用策略（Universal Strategy for Improving Perovskite Photodiode Performance: Interfacial Built-in Electric Field Manipulated by Unintentional Doping）”为题在综合性期刊Advanced Science（Q1, IF:16.806）发表最新研究成果。深圳技术大学吴丹助理教授为该文章的第一作者和共同通讯作者。另两位共同通讯作者为南方科技大学的Aung Ko Ko KYAW 副教授和王恺副教授。
光电探测技术是指根据被探测对象辐射或反射的光波来探测和识别被测物体的一种技术，其在军事、国防、机器视觉、生物传感与成像、光通信等应用领域起到重要的支撑作用。适应未来发展的光电探测器需要兼备外量子效率高（探测灵敏度高），响应速度快，制备工艺简便，成本低等特性。钙钛矿材料得益于其优异光电特性，近年来大放异彩，可作为高性能新型光电探测器的强有力候选者。尽管在探测光谱范围，器件结构设计，钙钛矿有源层和传输层材料的选择，钝化界面缺陷等方面已经取得了显著进展。然而，现有研究工作大多针对特定的器件结构、特定的功能层组合、特定种类的缺陷进行优化，因此所获得的方案很难有效迁移并推广到其他结构、材料组分的光电探测器的设计中。因此，如何开发出同时针对正置和倒置结构、不同有源层和传输层材料组合的光电探测器，实现性能提升的通用策略是该领域亟待解决的问题。
通过明晰器件工作机理，该工作创新地提出一种工艺兼容性好，适用范围广泛的非故意掺杂内建电场调控技术，实现对正置和倒置结构钙钛矿光电探测器性能提升的目标。通过对钙钛矿薄膜工艺的有效调控，制备p-/n-型掺杂有源层，构建有源层和传输层之间的内建电场。该内建电场可以同时实现对有源层载流子的高效分离和加速输运，进而提升器件的外量子效率（响应度）并缩短响应时间。基于该方案，实验获得正置结构和倒置结构的外量子效率83.51% and 76.5%，对应探测率分别为7.34 × 1013and 4.96 × 1012Jones，处于领域前列。同时，所制备的光电探测器具有良好的长期稳定性，在1600小时的老化测试后，正置和反置结构的光电探测器仍然能够维持其初始性能的90.92%和97.6%。该研究成果适用范围广泛，工艺兼容性佳，为深刻理解基于钙钛矿材料的多种光电器件的工作机理，提升器件性能提供了新思路和手段。
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101729
图.钙钛矿有源层掺杂浓度调控、界面内建电场构筑以及正置和倒置结构光电探测器性能测试
