摘要
自供电光电探测器具有无外部电源要求和可无线操作等优点，在国民经济和军事各领域均有广泛的应用。二维层状金属卤化物钙钛矿因其出众的光电特性和优良的环境稳定性，被视为构建光电探测器的优选材料之一。然而，溶液法制备的二维金属卤化物钙钛矿薄膜常表现出多量子阱结构，这会显著削弱器件的光电性能。目前，已有研究利用含羧酸根的添加剂与钙钛矿无机框架之间的强相互作用，获得了高相纯度薄膜。然而，添加剂的含量对产物相纯度的影响规律尚不明确。此外，二维金属卤化物钙钛矿较宽的光学带隙限制了其在宽波段光电探测器中的应用。为了提升钙钛矿自供电光电探测器的性能并拓宽其响应光谱范围，目前已有多种有效方法。其中，基于钙钛矿的铁电热释电光电子学效应可以有效拓宽响应光谱范围和提高响应性能。然而，热释电光电子学效应作用过程中涉及到的光热转化过程依赖于热载流子的产生和弛豫，同样与材料带隙息息相关。因此，在热释电光电子学效应的基础上，将窄带隙材料与二维钙钛矿薄膜结合，可以增强其在近红外波段的吸收，从而提高光谱范围内的响应性能。 因此，本论文选择常温二维钙钛矿铁电体 BA2EA2Pb3I10作为研究对象，探索碘基二维钙钛矿薄膜相纯度调控方法，构建了自供电光电探测器，并结合热释电光电子学效应和复合窄带隙材料，显著拓宽了其响应光谱范围。基于以上内容，本论文主要围绕以下三个核心内容进行展开： 1、本章通过引入乙酸甲胺（MAAc）作为二维钙钛矿前驱体溶液的添加剂，利用Ac-与钙钛矿的 Pb2+强配位作用，控制前驱体溶液中的中间相结构，从而调控薄膜的相分布。研究结果显示，MAAc 的含量会显著影响产物的性质，适量的 MAAc 能显著提高二维钙钛矿薄膜的相纯度。少量或过量的 MAAc 会造成较宽的相分布。该方法具有一定的普适性，通过改变二维钙钛矿（其他溴基和碘基薄膜）和离子液体（MAFa）的种类均可以得到高相纯度薄膜。在高相纯度薄膜的基础上，构建了结构为ITO/SnO2/BA2EA2Pb3I10薄膜/P3HT/MoO3/Ag 的自供电光电探测器。基于铁电-热释电-光电子学效应，器件在零偏压条件下对于 532 nm 激光表现出较好的光电性能，最大响应度为1.4 A/W，最大探测率为 5×1014 Jones，在近红外波段则几乎无响应。 2、在上一章基础上，为了拓宽二维钙钛矿薄膜的吸收光谱范围，将尺寸为 3.5 nm的 PbSe量子点嵌入钙钛矿基质中。二维钙钛矿可以以量子点为晶种外延生长。因此，量子点的嵌入在没有损害薄膜铁电性的同时，显著提升了薄膜的相纯度并拓宽了其吸收光谱范围，从 320 nm-1064 nm。基于量子点嵌入的二维钙钛矿薄膜，构建了与上一章具有相同结构的器件，其中当量子点含量为 20 wt%时，器件的综合性能最佳。相比无 PbSe量子点的情况，当受到近红外激光（940 nm）照射时，器件响应度提升了四个数量级。在零偏压条件下 532 nm和940 nm激光照射下，器件响应度分别达到 0.5 A/W和 0.56 mA/W。同时，光电探测器的整体稳定性得到了显著提升。 3、在上一章工作中，由于量子点的嵌入量有限，造成薄膜不能有效吸收近红外光照，导致器件在近红外波段的性能远低于在可见光波段的性能。本章工作引入近红外敏感的有机半导体材料 PM6：Y6与二维钙钛矿薄膜形成了类叠层结构，从而大幅提升了器件在宽光谱范围的响应能力。结构为 ITO/PEDOT：PSS 4083/BA2EA2Pb3I10 薄膜/PM6：Y6/PDINN/Ag 的自供电光电探测器。在零偏压条件下，532 nm 和 940 nm 激光照射下，器件响应度分别达到 12 A/W和 236 mA/W。 本论文不仅提供了一种适用与多种体系调节二维钙钛矿薄膜相分布的方法，还为提高二维金属卤化物钙钛矿基光电探测器的性能提供了新的策略，也为宽波段光电探测技术的发展开辟了新的途径。
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