基于α-CsPbI3薄膜/量子点构建高性能宽光谱自驱动柔性图像传感器

Broadband image sensors have wide applications in life, production and military. Broadband photodetectors are the basic unit of broadband image sensors. Because of the outstanding optical and electrical properties, lead halide perovskites have become excellent candidates for the preparation of high-performance self-powered photodetectors. Due to poor stability of organic-inorganic hybrid perovskites in air, self-powered photodetectors based on inorganic perovskites with better stability have attracted enormous attention. However, limited by the wider bandgaps of inorganic perovskites, those self-powered photodetectors based on them have a serious problem in broadband detection. To solve these problems mentioned above, this project will combine α-CsPbI3 film with narrow bandgap quantum dots (QDs) to expand the spectral response range into near infrared (NIR) region. The self-powered photodetectors based on α-CsPbI3 film/QDs will have both high stability and broadband detection. This research is of great significance for the preparation and development of self-powered and flexible broadband image sensors.

宽光谱图像传感器在生活、生产和军事等方面都有着广泛的应用。宽光谱光电探测器是组成宽光谱图像传感器的基本单元。由于卤化物钙钛矿材料具有优异的光学和电学特性，因而成为了制备高性能自驱动光电探测器的优秀候选者。但有机-无机杂化钙钛矿在空气中具有较差的稳定性，所以基于稳定性相对较好的无机钙钛矿的自驱动光电探测器得到了广泛的关注。然而，由于无机钙钛矿具有较宽的带隙，所以目前所报道的自驱动无机钙钛矿光电探测器均存在无法进行宽光谱探测的问题。针对上述问题，本项目将通过将α-CsPbI3无机钙钛矿薄膜与窄带隙量子点相结合，从而扩展α-CsPbI3光电探测器的光谱响应范围到近红外区域。基于该α-CsPbI3薄膜/量子点构建的自驱动柔性光电探测器，不仅能够具有高的稳定性，而且也同时实现了紫外-可见-近红外宽光谱探测。该研究对于宽光谱自驱动柔性图像传感器的制备与发展具有重要的意义。

宽光谱图像传感器在生活、生产和军事等方面都有着广泛的应用。宽光谱光电探测器是组成宽光谱图像传感器的基本单元。由于钙钛矿材料具有优异的光学和电学特性，因而成为了制备高性能自驱动光电探测器的优秀候选者。然而，目前同时具备高的光响应性能、宽的光谱响应范围和优异的长期稳定性的自驱动钙钛矿光电探测器的实现仍然是一个挑战。针对这一问题，本项目基于α-CsPbI3钙钛矿开发了一系列新型Cs基钙钛矿薄膜作为光活性层制备自驱动钙钛矿光电探测器，并探索了钙钛矿/量子点宽光谱自驱动光电探测器的可行性。最后，基于柔性衬底研究了高性能柔性自驱动钙钛矿光电探测器和图像传感器的制备。所获得的主要研究成果归纳为如下：. （1）通过在CsPbI3前驱体溶液中引入了DMAPbI3，有效阻止了α-CsPbI3在室温下自发的相转变问题，成功制备出一种室温下稳定的新型高质量CsxDMA1-xPbI3钙钛矿薄膜；. （2）基于CsxDMA1-xPbI3钙钛矿薄膜开发了一种同时具备高光谱响应度（高达0.38 A/W）、高比探测率（>1 × 10^13 Jones）、快响应速度（558 ns）、宽光谱响应范围（300-750 nm）和优异长期稳定性的自驱动钙钛矿光电探测器；. （3）提出了三种将窄带隙量子点加入到钙钛矿自驱动光电探测器结构中的方案，并结合实验讨论了三种方案存在的问题及其在扩展器件光谱响应范围方面的可行度；. （4）开发出适用于柔性器件的Cs基钙钛矿薄膜，并通过空穴传输层优化成功制备出柔性的自驱动钙钛矿光电探测器。通过界面修饰进一步改善了柔性器件的光电性能和弯曲稳定性，并阐明了改善机制；. （5）开发刮涂工艺在柔性衬底上实现了大面积钙钛矿薄膜的高质量制备，并开发激光刻蚀技术来实现图案化电极的制备，从而成功制备出一种可以自驱动的柔性钙钛矿图像传感器，其展现出优异的图像传感性能。该研究对于宽光谱柔性自驱动图像传感器的制备与发展具有重要的意义。