实验室在“超快光激发诱导钝化技术”方面取得进展

近日，佛山仙湖实验室双聘研究员王学文教授最近在材料领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表了题为“Ultrafast Photoexcitation Induced Passivation for Quasi-2D Perovskite Photodetectors”的研究论文。

该论文报道了“超快光激发诱导钝化”这一缺陷钝化技术，并展示了该技术在实现高性能准二维钙钛矿光电探测器上的应用价值。

准二维钙钛矿在薄膜生长过程中具有较高的形成能，容易产生多种缺陷，这会损害薄膜质量，进而影响光电器件中光生载流子的收集和传输，降低光电探测器的响应速度、响应度和探测率。因此，开发一种高效的薄膜缺陷钝化技术，制备高性能的准二维钙钛矿薄膜，对光电探测领域的发展具有重要意义。

该团队提出通过精确调控超快光激发的能量密度来精确控制准二维钙钛矿的降维相变过程以钝化薄膜表面缺陷。同时，促进薄膜表面吸附的氧元素与钙钛矿的空位复合，从而优化体缺陷（图1），最终制备出的光电探测器展现了接近200 ns的超快响应时间和163 mA/W的高光响应能力，为光电器件薄膜缺陷的钝化提供了一种全新的高效方法。

图1. 超快光激发诱导的准二维钙钛矿薄膜

的降维相变和氧元素掺杂过程

通过调控光激发强度，能够在无损加工条件下，同时实现钙钛矿薄膜的降维相变过程和氧元素掺杂过程，从而提高薄膜的稳定性并促进载流子的传输。X射线衍射结果显示，薄膜的光学性能和载流子传输性能得到了显著改善（图2）。

图2. 不同光激发强度下的(PEA)₂MA₃Pb₄I₁₃薄膜

物像表征

瞬态吸收光谱（图3）表明，超快光激发钝化技术可以通过调节激光通量来精确控制准二维钙钛矿膜的降维相变和氧元素掺杂过程，从而优化薄膜中不同相之间的能量和电荷转移。

图3. 光激发薄膜的载流子动力学特性

超快光激发钙钛矿薄膜制备的光电探测器，表现出了163 mA/W和4.52×10¹⁰Jones的高光响应能力和300nm-700nm的宽光谱响应能力（图4），相较于原始器件提升了66%。更重要的是，器件还表现出了200 ns左右的超快光响应速度和较高的循环稳定性能。

图4. 基于超快光激发钝化的高性能准二维钙钛矿

光电探测器

本文通过优化超快光激发强度，实现了准二维钙钛矿的降维相变和氧元素掺杂的高效协同作用，提供了一种全新、简单、高效且具有工业应用潜力的薄膜缺陷钝化技术。

【相关链接见实验室官网同篇报道】

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