我校李国辉团队联合陕西师范大学在《Advanced Functional Materials》合作发表最新研究成果

日前，我校物理与光电工程学院的李国辉团队与陕西师范大学的刘生忠教授和刘渝城研究员合作，在二维单晶钙钛矿光电探测器的弱光探测领域取得了重要研究进展。研究论文以“Mitigating Noise Current in 2D Perovskite Single Crystal Photodetectors for Imaging under Black-Light Condition”为题，发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子18.5）上。该论文的第一署名单位为太原理工大学，我校博士研究生郤育莺为第一作者，李国辉副教授、刘渝城研究员和崔艳霞教授为共同通讯作者。

图1. 论文页面截图

弱光成像在天文摄影、军事夜间监视和生物医学成像等领域都发挥着举足轻重的作用。传统的弱光探测器基于硅和铟镓砷等半导体材料，制备工艺复杂，制备成本较高。钙钛矿作为一种低成本半导体材料在弱光探测领域取得一定进展。然而，对于不同n值2D钙钛矿光电探测器中影响噪声电流与弱光探测的机制尚不清楚。

本团队基于上述问题，首先针对不同n值的2D单晶钙钛矿光电探测器的弱光探测性能进行系统研究，其中，n值为1的光电探测器具有极低的噪声电流，在532 nm光照下的最低可探测光功率密度的极限值为14 pW cm^-2，对应的器件具有3.25 × 10¹⁵ Jones的高探测率。即使在75 pW cm^-2的“黑光”环境条件下，n值为1的光电探测器也能获得清晰成像。研究表明2D钙钛矿单晶n值的降低对应阳离子PEA⁺比值的增加，导致缺陷减少，离子迁移活化能和激子结合能增加，这有效降低了电子/空穴、离子和激子等动态行为在器件中引起的噪声电流。同时，抑制离子迁移可以显著提高噪声电流基线的稳定性，这有利于对微弱信号的稳定探测。本工作强调了2D钙钛矿在推进弱光成像技术方面的潜力，为该领域的未来发展提供了思路。

图2. 2D单晶钙钛矿光电探测器的性能表征与“黑光级”成像效果

图3. 2D单晶钙钛矿光电探测器中噪声电流的影响机制

图4. 2D单晶钙钛矿的离子迁移对器件中电流稳定性的影响

该研究工作得到国家自然科学基金项目(U21A20496, 61905173, 12104334)；山西省重点研发计划(202102150101007)；山西省留学回国人员科技活动择优资助项目(20230011)；山西浙大新材料与化工研究院研发项目(2021SX-FR008，2022SX-TD020)；中央引导地方科技发展资金项目（YDZJSX20231A010, YDZJSX2021A012）；山西省自然科学基金 (20210302123154，202203021222102)；山西省回国留学人员科研资助项目(2021-033)。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202407525