近日，我院助理教授吴丹 课题组与合作单位，以“通过耦合光电模型揭示掺杂p-i-n钙钛矿光电二极管增强响应度的隐藏机制（Revealing the Hidden Mechanism of Enhanced Responsivity of Doped p-i-n Perovskite Photodiodes via Coupled Opto-Electronic Model）”为题在Molecules发表最新研究成果。Molecules是MPDI主办的国际领先前沿期刊，2021年影响因子4.927（化学大类JCR Q2，CiteScore Q1）。吴丹教授为本文第一作者及通讯作者，2020级本科生张赫纯为论文的共同第一作者，深圳技术大学为第一通讯单位。

基于有机无机卤化物钙钛矿的光电探测器由于其独特的材料特性，已经表现出卓越的光电性能，为商业光电探测器领域注入了蓬勃动力。大多数报道的策略都集中在通过材料改性和结构优化来提高光电探测器的性能，尽管很有效但它们通常都涉及到特定的钙钛矿/传输层或者结构。此前，本课题组采用了内置电场策略来进一步改善载流子的解离并证明了这适用于倒置和正置结构。然而，要广泛采用这种策略，仍然缺乏对于器件物理学的深入分析。尽管先前许多研究已经构建了光学或电学模型，但作为核心部分的两者之间的相互联系却往往被忽视。因此，明确分析钙钛矿光电二极管的物理图景并揭示其隐藏机制，从而进一步提高钙钛矿光电二极管的性能是该领域亟待解决的问题。

面对此问题，本工作构建了一个光电耦合模型，该模型适用于倒置和正置结构的掺杂p-i-n钙钛矿光电二极管，揭示了提高钙钛矿光电探测器性能的隐藏机制。在光照情况下，先计算了光生载流子的生成速率，然后计算了作为耦合模型接口的载流子密度分布，从而进一步分析了不同掺杂类型和浓度下的载流子复合速率、电场强度和电流密度。通过改变前驱体的比例来调节钙钛矿的掺杂类型和密度，并进行各种表征以确认内置电场的建立。在最佳的掺杂条件下，倒置和正置结构的钙钛矿光电二极管分别达到了74.83%和73.36%的外量子效率，以及0.417和0.404 A/W的响应率。构建的光电耦合模型解释清楚了器件的隐藏机制和掺杂变化的策略。该研究为进一步分析和改进钙钛矿光电二极管的性能机制提供了重要指导。

全文链接：https://www.mdpi.com/1420-3049/27/19/6223/htm

图.倒置和正置结构钙钛矿光电探测器的生成速率、载流子密度、电场强度、以及性能测试图像