金屬鹵化物鈣鈦礦材料（以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)鉛鈣鈦礦）具備優(yōu)良的熒光以及優(yōu)異的光電特性,，包括較大的光吸收系數(shù)、較高且平衡的載流子傳輸能力,、較長(zhǎng)的壽命等等,。這些優(yōu)勢(shì)使其在高效率光伏電池、發(fā)光二管領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力,。不僅如此,，巨大的優(yōu)勢(shì)也正使其成為制備高性能窄帶探測(cè)器的重要候選材料。

以往制備光電探測(cè)器多采用硅、鹵化鉛鈣鈦礦等材料,，無(wú)鉛鈣鈦礦雖具備不少優(yōu)勢(shì),，但在這方面的應(yīng)用仍處于初期階段,，具體表現(xiàn)為：利用無(wú)鉛鈣鈦礦制備的窄帶光電探測(cè)器,，均工作在可見(jiàn)和近紅外波段，針對(duì)紫外光的應(yīng)用還未能實(shí)現(xiàn),。

但實(shí)際上,，隨著近年來(lái)紫外探測(cè)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍日益廣泛，如導(dǎo)彈追蹤,、保密通信等等方面,，現(xiàn)有的可見(jiàn)和近紅外探測(cè)范圍已無(wú)法滿(mǎn)足需求。工業(yè)對(duì)于性能優(yōu)異的紫外光電探測(cè)器的需求,，正變得越來(lái)越迫切,。

可喜的是，近日鄭州大學(xué)史志鋒團(tuán)隊(duì),，成功利用無(wú)鉛鈣鈦礦,，制備出一種紫外窄帶光電探測(cè)器。它具有高的光譜選擇性,，不僅*無(wú)鉛鈣鈦礦在紫外窄帶探測(cè)器的研究空白,，也為實(shí)現(xiàn)無(wú)鉛紫外光電探測(cè)器在全波段的商業(yè)化應(yīng)用，提供了新的思路和可能,。

新的光吸收層：無(wú)鉛鈣鈦礦薄膜

制備性能優(yōu)異的光電探測(cè)器,，一個(gè)重要前提和關(guān)鍵步驟就是光吸收層的選擇與制備，這關(guān)系到探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)化效率,、電導(dǎo)率,、器件的穩(wěn)定性等各方面性能。

開(kāi)頭我們提到,，以往大家多選用硅,、傳統(tǒng)的鉛鹵化鈣鈦礦、有機(jī)材料等作為吸收層,，但這些材料無(wú)論是穩(wěn)定性,、毒性等都不盡如人意。既然無(wú)鉛鈣鈦礦材料擁有眾多優(yōu)異性能,，且已經(jīng)在電池等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力,，那它能否用來(lái)制備紫外窄帶光探測(cè)器呢？能否克服以往材料的缺點(diǎn)呢,？能否在響應(yīng)度,、穩(wěn)定性、成本上的帶來(lái)巨大提升呢？帶著這些疑問(wèn),，課題組展開(kāi)了研究,。

• 研究人員先采用低溫溶液法，制備出無(wú)鉛金屬鹵化物——Cs₃Cu₂I₅薄膜,，發(fā)現(xiàn)該無(wú)鉛鈣鈦礦膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量,，對(duì)紫外光也有良好的吸收。

• 接著,，通過(guò)不斷調(diào)控Cs₃Cu₂I₅薄膜厚度,，研究人員終獲得300-370nm的窄響應(yīng)“窗口”。

這樣,，課題組就成功制備出了基于無(wú)鉛鈣鈦礦薄膜的紫外窄帶光電探測(cè)器,，且表現(xiàn)出較高的光譜選擇性！而在此之前,，并未有人成功制備出無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器,。

該紫外窄帶探測(cè)器的工作原理：

操縱正負(fù)電荷調(diào)節(jié)厚吸收層長(zhǎng)度

（左下和右下分別為Cs₃Cu₂I₅材料結(jié)構(gòu)及器件圖）

光電探測(cè)器在應(yīng)用中，穩(wěn)定性可以說(shuō)是重要的性質(zhì),，也是投入實(shí)際應(yīng)用的前提條件,。課題組制備出的無(wú)鉛紫外窄帶光電探測(cè)器，它的穩(wěn)定性如何呢,？能否投入應(yīng)用呢,？讓我們跟隨課題組繼續(xù)了解后續(xù)的表征過(guò)程~

超穩(wěn)定！所得光電探測(cè)器性能太優(yōu)秀

1. 無(wú)鉛薄膜的穩(wěn)定性測(cè)試

研究人員首先對(duì)薄膜進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試,，主要使用HORIBA Fluorolog-3熒光光譜儀對(duì)穩(wěn)態(tài)熒光光譜進(jìn)行了檢測(cè),，包括下圖中薄膜材料的熱穩(wěn)定性、光照下的穩(wěn)定性以及空氣穩(wěn)定性的測(cè)試,。

對(duì)無(wú)鉛Cs3Cu2I5薄膜: (a)熱 (b)光

 (c.d)空氣穩(wěn)定性測(cè)試

• 圖a顯示,，薄膜在經(jīng)歷10個(gè)熱循環(huán)之后，熒光強(qiáng)度可以維持在原來(lái)的95%左右,；

• 從圖b可以發(fā)現(xiàn),，在紫外燈連續(xù)照射8小時(shí)后，熒光強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化,；

• 從圖c/d中看出,，在空氣中放置28天之后，薄膜材料的XRD圖譜幾乎沒(méi)有變化（圖c）,；熒光強(qiáng)度,、峰位和半高寬也沒(méi)有發(fā)生明顯變化（圖d中紅色和綠色曲線(xiàn)重合）。

這些數(shù)據(jù)充分證明了該薄膜材料具有優(yōu)異的穩(wěn)定性,，也為后續(xù)制得的光電探測(cè)器的穩(wěn)定性打下基礎(chǔ),。

2. 光電探測(cè)器的穩(wěn)定性測(cè)試

測(cè)試完薄膜的穩(wěn)定性，接下來(lái)，研究人員進(jìn)一步對(duì)基于該薄膜制備的光電探測(cè)器的穩(wěn)定性進(jìn)行了表征,。在本次測(cè)試中,，為了解該器件的實(shí)際應(yīng)用潛力，研究人員并未對(duì)該探測(cè)器進(jìn)行封裝,，以了解其在大氣環(huán)境下的性質(zhì),。

(a-h)均為未封裝器件的穩(wěn)定性測(cè)試：

高溫及空氣環(huán)境下，光電流隨時(shí)間的變化

從上圖可以看出,，無(wú)論是在高溫環(huán)境下（圖a-g,，溫度高達(dá)373k）,、還是在空氣環(huán)境中（圖h）,，隨著長(zhǎng)時(shí)間放置（橫坐標(biāo)），該器件的電流（縱坐標(biāo)）都未發(fā)生明顯變化,。

可見(jiàn),，不僅是無(wú)鉛金屬鹵化物——Cs₃Cu₂I₅制備的光吸收薄膜，對(duì)熱,、紫外線(xiàn)和環(huán)境氧氣/水分非常穩(wěn)定,；采用該膜制備的光電探測(cè)器也可以在空氣環(huán)境中承受較高的工作溫度（373 K）。

可重現(xiàn),、耐高溫：新探測(cè)器具備廣闊應(yīng)用前景

值得一提的是,，該光電探測(cè)器不僅穩(wěn)定性強(qiáng)，且在端條件下也可以使用,，從下圖g就能看出,。在圖g中，縱坐標(biāo)代表了不同溫度下的光電流和暗電流的開(kāi)關(guān)比,，能夠看出：隨著溫度升高,，光電流雖然有所下降，但降溫之后,，光電流又恢復(fù)到到了原來(lái)的97%,！

這表明未封裝的器件不僅穩(wěn)定，且具備可重現(xiàn)的特性和良好的耐溫性,，可以高效率連續(xù)運(yùn)行12 h,。因此我們有理由相信該器件將來(lái)有可能用于光電系統(tǒng)的組裝，進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用,！

在該工作中大量重要的光譜表征是通過(guò)Fluorolog-3熒光光譜儀實(shí)現(xiàn),，操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快,、結(jié)果清晰直觀是研究人員選用該光譜儀時(shí)的首要考量,。通過(guò)測(cè)試在不同溫度下的穩(wěn)態(tài)熒光光譜，研究人員了解了本研究中吸收材料的穩(wěn)定性。高靈敏（SNR16000：1）和超寬檢測(cè)范圍（200-1700nm可選）的特點(diǎn),，也確保了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性,。

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鄭州大學(xué)史志鋒團(tuán)隊(duì)嘗試帶來(lái)的突破成果無(wú)疑是令人欣喜的,，為實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、低成本,、環(huán)境友好型的鈣鈦礦紫外窄帶探測(cè)器,，提供了新的研究方案。之后所帶來(lái)的系列影響也許還不可估量,，因?yàn)榭萍记斑M(jìn)一小步,，對(duì)于工業(yè)發(fā)展可能就是一大步。我們期待更多的科研團(tuán)隊(duì)能發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),，不斷攻關(guān)難題,，不斷突破與超越，填補(bǔ)更多的空白,，帶來(lái)更多的驚喜,！

文章作者&論文原文

這一成果近期以鄭州大學(xué)為單位，發(fā)表于期刊《Materials Horizons》(影響因子：14.356),。文章的作者是鄭州大學(xué)博士生李營(yíng),，通訊作者為鄭州大學(xué)史志鋒副教授和李新建教授，以及復(fù)旦大學(xué)方曉生教授,。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,、中國(guó)博士后科學(xué)基金以及河南省高校科技創(chuàng)新人才計(jì)劃等項(xiàng)目的支持,。

文章標(biāo)題：Highly Stable and Spectrum-Selective Ultraviolet Photodetectors Based on Lead-Free Copper-Based Perovskites

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