APL | 深圳大学物理与光电工程学院贺廷超教授团队:准二维钙钛矿异质结光学性质的调控及其光电探测器应用

由于兼具优异的光吸收系数、可调的带隙及高效的载流子传输性能，钙钛矿在发光、非线性光学和光电探测等领域受到广泛关注。然而，传统三维钙钛矿虽然载流子输运能力突出，却普遍面临离子迁移严重、湿热稳定性不足等问题。而低维有机间隔层的引入虽能提升材料稳定性，却又可能削弱电荷传输效率。针对这一问题，深圳大学贺廷超教授团队在Applied Physics Letters发表题为 “Regulation of optical properties in quasi-2D perovskite heterostructures and their application in photodetection” 的研究提供了新思路。该工作以有机阳离子工程为核心，通过调控丁基溴化铵（BABr）与CsPbBr₃的比例，构筑了一系列准二维钙钛矿异质结构薄膜。研究结果表明，随着BABr含量提升，薄膜中低维相与三维相协同形成更加明显的梯度能级分布，不仅有效钝化了晶界和表面缺陷，显著提高了荧光量子产率与寿命，还增强了低维相向三维相的能量转移效率和电子-声子耦合强度，并实现双光子吸收性能的持提升。

与此同时，基于该类异质结构构筑的光电探测器展现出更快的响应速度和更优的运行稳定性。该研究为理解准二维钙钛矿“组分结构-光学性质-器件性能”之间的耦合规律提供了重要依据，也为优化非线性光学性能和推进高性能光电探测器的设计提供了重要参考。

团队首先制备出不同组分比例的准二维钙钛矿薄膜，并通过结构与光谱表征确认了材料从3D向Q-2D的演化过程（图1）。随着BABr含量增加，薄膜中低维相逐渐增多，吸收与发光特性发生明显变化，同时缺陷态得到有效抑制，材料发光效率和寿命均得到提升。

在此基础上，团队进一步利用超快光谱研究了不同相之间的能量转移过程。结果表明，准二维结构内部形成了更明显的梯度能级分布，使激发能量能够从宽带隙低维相向窄带隙相高效汇聚，表现出典型的“能量漏斗”效应（图2）。这种相间协同作用优化了载流子弛豫路径，提高了低维相至3D相的能量转移效率。

随后，研究人员结合变温光致发光测试发现，随着BABr含量提高，体系电子—声子耦合进一步增强（图3）。这一变化说明有机阳离子工程不仅调控了相结构分布，还影响了激子与晶格之间的相互作用强度。受益于能量漏斗效应和电子—声子耦合增强，材料的双光子吸收能力得到明显提升，开孔Z-scan测试结果也证实了这一点（图4）。

最后，团队将该类准二维异质结构应用于光电探测器中。结果表明，器件在保持稳定光响应的同时，展现出更快的响应速度和更好的工作稳定性（图5和图6），这是由于有机层引入后，一方面抑制了离子迁移并增强了抗湿性，另一方面通过梯度能级分布改善了载流子的分离与传输。

贺廷超，深圳大学物理与光电工程学院教授、博士生导师。博士毕业于上海交通大学物理系，曾在日本分子科学研究所和新加坡南洋理工大学从事科研工作。贺廷超教授团队聚焦新型半导体材料中的超快动力学、手性光学及非线性光学性质，并致力于推动高性能光电器件的发展。贺廷超教授以通讯作者或第一作者身份在Sci. Adv.、Nature Commun.、Adv. Mater.、Nano Lett.、ACS Nano、Angew. Chem.、 Laser Photon. Rev.、Appl. Phys. Lett.等期刊发表学术论文100余篇。

END

Journal of Advanced Dielectrics

《先进电介质学报（英文）》

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期刊简介

JAD是由姚熹院士、叶作光院士担任主编的英文学术期刊，2011年创刊，由西安交通大学国际电介质研究中心（ICDR）和新加坡世界科技出版集团（WSPC）共同创办。它以电介质研究为特色，涵盖电介质基础研究、压电、铁电、薄/厚膜、多铁性材料、工程电介质等研究领域，旨在为国际上从事电介质学术研究的学者提供一个集中展示交流最新研究成果的平台，促进学术界对电介质理论及应用研究不断深入。目前JAD为双月刊，被ESCI、EI、Scopus、DOAJ、CA、CrossRef、Google Scholar、CSCD、CNKI、WanFang Data等多种检索数据库收录。

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