通过构建异质结策略，利用不同波长响应材料协同作用，拓宽探测范围，抑制器件暗电流，提高探测灵敏度的研究已被广泛报道。但是，上述研究主要以拓宽光电探测器红外响应为目的，对于构筑异质结后两者界面处相互作用、电荷输运关系、器件机械性能及稳定性、异质结层厚度对器件性能的影响等方面缺乏理论及系统的深入探究。此外，利用荧光转换材料吸收深紫外-紫外光后，发射出与光电探测器响应波长一致的可见或红外光子，进而增强器件紫外探测性能的策略备受关注。
据麦姆斯咨询报道，近日，大连民族大学徐文教授和董斌教授团队通过构建CsPbI₃钙钛矿量子点（PQD）与PbS量子点异质结，高效CsPbCI₃:Cr³⁺，Ce³⁺，Yb³⁺，Er³⁺钙钛矿量子点（紫外光转换近红外光）量子剪裁聚光器（如图1），实现深紫外到近红外II区的全光谱（200-1700 nm）高响应灵敏度，优异稳定性的宽带光电探测器。相关研究成果以“Highly DUV to NIR-II responsive broadband quantum dots heterojunction photodetectors by integrating quantum cutting luminescent concentrators”为题发表在国际期刊Light: Science & Applications上。
图1 深紫外到近红外II区的宽带光电探测器
为了在光电探测器中获得高性能和宽带响应，研究人员进行了一系列光学和电气实验。首先，为了提高钙钛矿量子点的性能，选择镧系元素离子 （Ho³⁺） 作为掺杂剂，掺入通过改进的热注射法制备的CsPbI₃钙钛矿量子点，相关测试结果如图2所示。接着，研究人员通过与PbS量子点结合对 CsPbI₃：Ho³⁺钙钛矿量子点异质结进行了光学和电学分析，相关结果如图3所示。随后，研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算了CsPbI₃：Ho³⁺钙钛矿量子点和PbS量子点之间的结构和光物理相互作用，相关结果如图4所示。
图2 Ho³⁺掺杂的CsPbI₃钙钛矿量子点
图3 CsPbI₃：Ho³⁺-PbS量子点异质结的光电特性
图4 CsPbI₃：Ho³⁺- PbS量子点异质结的DFT计算
最后，研究人员对该深紫外-可见-近红外II区全光谱宽带响应光电探测器的性能进行检测，并基于其出色的探测性能，进一步探索了该宽带光电探测器的成像应用，相关结果如图5所示。
图5 光电探测器的性能及应用
综上所述，为了实现高效、稳定的深紫外-可见-近红外II区全光谱宽带响应光电探测器，这项研究主要通过以下三方面进行研究：1、通过稀土钬离子（Ho³⁺）掺杂CsPbI₃钙钛矿量子点来提高可见光区域响应性能和器件稳定性（400-700 nm）；2、通过具有近红外吸收PbS量子点与可见光层复合实现可见-近红外II区波长响应（400-1700 nm）；3、通过稀土离子（Ce³⁺，Yb³⁺，Er³⁺）掺杂CsPbCI₃:Cr³⁺钙钛矿量子点，实现高效的近红外（900-1700 nm）量子剪裁发射，其荧光量子效率为179%。进一步将其构建为荧光聚光器（LC）应用于器件外层，实现高性能的紫外波长响应 （200-400 nm）。最终，制备得到光电探测器实现了200-1700 nm全光谱响应，同时其整体器件探测性能超过10¹² Jones，且具有较好的运行稳定性。
https://doi.org/10.1038/s41377-024-01604-0
《汽车红外摄像头技术及市场-2024版》
