[00327495]面向超高集成度光电子器件的钙钛矿光电探测器研究

以“云计算”、“物联网”和“大数据”为代表的新型信息化技术的出现，使得对高速率、低功耗的数据处理与传输技术的需求更为迫切，大大促进了硅基集成光子技术的发展，使其成为国际国防军工和民用领域高科技的竞争焦点。但硅基材料不能作为通信常用波段的光电探测器，而传统无机或有机光电探测器往往存在工艺复杂，晶格不匹配或器件性能差等问题，严重限制了硅基集成光子技术的发展。近年来在光伏领域大放异彩的有机无机杂化钙钛矿，结合了有机材料和无机材料的共同优势，具有优异的光电性能、温和的制备工艺和良好的柔性特质等特点，成为硅基光子集成技术的理想选择之一。该项目立足光电探测器的研究前沿及国家战略发展需要，旨在研发高性能、低成本的钙钛矿光电子器件。通过优化材料合成工艺与器件结构，解决钙钛矿光电器件中目前存在的稳定性差、寿命低、工艺可重复性差等问题；利用钙钛矿组分可调、晶格易匹配等优势，系统研究不同组分钙钛矿材料的光电性质，以兼容 CMOS 工艺为目标，得到工艺简单、波长可调谐、薄膜稳定性好的高性能钙钛矿光电子器件及其柔性器件的制备方法，促进硅基集成光子技术和低成本可见光通信的实现，并拓展光电子器件在可穿戴设备领域的应用。

该项目针对金属卤化物钙钛矿材料组分可调、响应波长可调谐的特点，设计了几种不同组分的钙钛矿材料，并从中选择了两种光电性能较好的钙钛矿组分展开了基于钙钛矿光电器件的研究。针对钙钛矿光电器件在光照下性能不稳定、寿命低的问题，提出了基于 2D/3D混合结构的钙钛矿组分设计，通过优化结构得到了高质量 2D/3D 钙钛矿薄膜及其高性能光伏器件；设计了超薄电子传输层 SnO2 薄膜的制备方法，为钙钛矿光电器件的大规模工业化生产提供了新思路；针对传统器件结构紫外光不稳定的问题，提出了一种紫外惰性电子传输材料——钛酸锌薄膜的低温制备工艺，研究了二者在钙钛矿光伏器件中的应用效果；通过一系列的材料设计、制备和优化，得到了光电装换效率在 21%以上的钙钛矿光伏器件，并将器件稳定性提高了20倍以上。