全无机钙钛矿光电探测器的应用前景

甲铵基稳定性差，基于甲铵基卤化物的钙钛矿光电探测器通常具有较低的环境稳定性，需要通过特殊的钝化处理以提高其稳定性。例如，利用有机疏水材料封装器件，隔绝水氧［68，147-149］；利用电子／空穴传输材料钝化钙钛矿缺陷以提高稳定性［140］；利用氧原子、氟原子钝化晶体表面缺陷以提高晶体稳定性［68，84，112］；利用具有阵列孔洞的AAO模板生长钙钛矿纳米线，AAO模板隔绝了材料与水氧接触［99，114］。此外，基于高稳定性全无机钙钛矿材料的光电探测器避免了有机-无机杂化钙钛矿材料甲胺基不稳定的缺点。研究表明，用金属铯（Cs）或铷（Ru）取代甲铵基制得的全无机钙钛矿材料表现出相对较高的稳定性。

2015年，Ramasamy等人制备了基于全无机CsPbI3纳米晶体的光电导探测器，器件亮暗电流比高达105，响应速度为20～30ms［27］。2016年，曾海波团队首次制备了原子级厚的单层或多层二维CsPbBr3纳米片，基于该纳米片的柔性光电导探测器实现的最高响应率为0.64A／W［78］，亮暗电流比大于103。器件在442nm波长的激光照射12h后，光电流没有明显衰减，而作为对比的MAPbBr3光电导探测器的光电流减少了约40%。随后，他们将金纳米颗粒引入CsPbBr3纳米晶体光电导探测器中［150］，利用金纳米颗粒的表面等离激元共振效应将入射光捕获到金纳米颗粒与CsPbBr3纳米晶体的界面，使得器件的亮暗电流比提高了1个数量级。该团队还利用厚度约为376nm的CsPbBr3纳米片制备了光电导探测器，该器件的最大响应率为34A／W（1.5V偏压下），EQE值达到了104%，响应速度小于1ms［89］。并且，器件的稳定性良好，在空气中放置47天，仍达到最高10A／W响应率。2017年，余林蔚小组将CsPbX3量子点与硅纳米线结构组合构成了异质结构光电探测器［151］，该器件在200nm单波长光照射下的响应率为54mA／W，器件在25℃空气环境中放置30天后，响应率保持了原始值的70%。同年，Lim等利用热注入法合成了RbPbI3纳米线，该材料在可见光波段几乎不吸光，可用于制备紫外探测器［152］。基于RbPbI3纳米线的光电导探测器在5V偏压、入射光波长为450nm时的响应率为13A／W。(www.xing528.com)

研究者们还进一步替代了钙钛矿材料中的金属元素Pb，以达到环境友好的目的。2017年，Tong等人制备了基于CsBi3I10多晶薄膜的光电导探测器［56］，器件亮暗电流比高达105，1V偏压，650nm波长光照射下器件响应率和探测率分别为21.8A／W和1.93×1013Jones，响应速度为亚毫秒量级，外部量子效率高达4.13×103%。以上性能均媲美MAPbI3多晶薄膜光电导探测器，且该器件在空气环境下保存3个月后，光电性能仍保持稳定，表现出光明的应用前景。