摘要
光电探测器是一种通过光与物质的相互作用将光信号转换为电信号的装置，在生物医学传感、光通信、宇宙射线探测和环境监测等诸多领域都得到了广泛的应用。近年来，有机-无机杂化钙钛矿基光电探测器（PD）已经成为光电探测领域的重要组成部分，其优异的光电性能、较低的生产制作成本和易于加工等一系列显著的优势使得其成为光电领域的“明星”，从而引起研究者的广泛关注。其中，基于光伏效应工作的钙钛矿n-i-p异质结构已成为研究中最有前途的结构之一。大量研究结果表明，在该种结构中光生电子的有效传输和利用在PD光响应性能中起着关键性作用。具有合适能级的电子传输层（ETL）可以调整其能级排列并促进光生电子的有效分离和传输，从而有效提高异质结的光响应性能。因此，设计和构建具有合适能级的ETL以提高钙钛矿PD的性能具有重要意义。ZnO和CdS是典型的无机ETL候选材料，可用于开发n-i-p型钙钛矿异质结PD。而且它们具有非中心对称晶体结构，其热释电极化效应可以调控界面能带排列，进而促进光生电子的产生、分离和传输。更重要的是，这种效应可以与光伏效应协同工作，从而极大地提升器件的性能。基于此，本文分别制备了具有c轴择优取向的氧掺杂CdS ETL的ITO/CdS/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag n-i-p异质结PD和具有不同ZnO层厚度的ITO/ZnO/CdS/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag双ETL的钙钛矿基异质结PD，系统研究了其光电性能及热释电极化效应调控作用。具体研究内容及结果如下： （ 1 ）制 备 了 具 有 c 轴 择 优 取 向 的 氧 掺 杂 CdS ETL 的ITO/CdS/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag n-i-p异质结PD。通过对薄膜表面形貌、晶体结构和光学特性进行测试表征，表明成功制备了该异质结。由于其优异的光伏效应，该PD在360 nm到780 nm的光谱范围内均表现出稳定的自驱动特性。此外，研究了CdS ETL的光热释电极化效应对异质结光响应性能的调控作用，并对不同波长激光照射下的工作机制进行了分析和解释。在光波长为450 nm的激光照射下，响应度从596.9 V/W增加至6383.6 V/W，提高了1069.54%。此外，由于热释电极化效应和光热电效应，使得异质结的响应光谱也扩展到1550 nm，远远超过了MAPbI3的带隙限制。最后，通过改变外加偏压和环境温度，进一步分析了热释电极化效应和光伏效应的耦合机理。 （2）在原有结构的基础上，通过射频磁控溅射技术在CdS/ITO界面引入0 nm到95 nm不同厚度的ZnO层，制备了系列ITO/ZnO/CdS/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag异质结PD。相比于单CdS ETL的PD，该双ETL使得异质结的能带排列得到进一步优化，并且ZnO也具有光热释电极化效应，可以协同提升器件的光响应性能。通过对其I-V和V-t曲线的测量和研究，结果发现该异质结的光伏和热释电响应性能均表现出随ZnO层厚度增加先增加而后减小的变化关系。当ZnO层厚度为50 nm时，PD实现了1.19×104 V/W的最大响应度和2.22×109 Jones的探测率。
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