金屬鹵化物鈣鈦礦材料（以下簡稱無鉛鈣鈦礦）具備優良的熒光以及優異的光電特性，包括較大的光吸收系數、較高且平衡的載流子傳輸能力、較長的壽命等等。這些優勢使其在高效率光伏電池、發光二管領域展現出巨大的應用潛力。不僅如此，巨大的優勢也正使其成為制備高性能窄帶探測器的重要候選材料。

以往制備光電探測器多采用硅、鹵化鉛鈣鈦礦等材料，無鉛鈣鈦礦雖具備不少優勢，但在這方面的應用仍處于初期階段，具體表現為：利用無鉛鈣鈦礦制備的窄帶光電探測器，均工作在可見和近紅外波段，針對紫外光的應用還未能實現。

但實際上，隨著近年來紫外探測在軍事和民用領域的應用范圍日益廣泛，如導彈追蹤、保密通信等等方面，現有的可見和近紅外探測范圍已無法滿足需求。工業對于性能優異的紫外光電探測器的需求，正變得越來越迫切。

可喜的是，近日鄭州大學史志鋒團隊，成功利用無鉛鈣鈦礦，制備出一種紫外窄帶光電探測器。它具有高的光譜選擇性，不僅*無鉛鈣鈦礦在紫外窄帶探測器的研究空白，也為實現無鉛紫外光電探測器在全波段的商業化應用，提供了新的思路和可能。

新的光吸收層：無鉛鈣鈦礦薄膜

制備性能優異的光電探測器，一個重要前提和關鍵步驟就是光吸收層的選擇與制備，這關系到探測器的光電轉化效率、電導率、器件的穩定性等各方面性能。

開頭我們提到，以往大家多選用硅、傳統的鉛鹵化鈣鈦礦、有機材料等作為吸收層，但這些材料無論是穩定性、毒性等都不盡如人意。既然無鉛鈣鈦礦材料擁有眾多優異性能，且已經在電池等領域展現出巨大潛力，那它能否用來制備紫外窄帶光探測器呢？能否克服以往材料的缺點呢？能否在響應度、穩定性、成本上的帶來巨大提升呢？帶著這些疑問，課題組展開了研究。

• 研究人員先采用低溫溶液法，制備出無鉛金屬鹵化物——Cs₃Cu₂I₅薄膜，發現該無鉛鈣鈦礦膜具有良好的結晶質量，對紫外光也有良好的吸收。

• 接著，通過不斷調控Cs₃Cu₂I₅薄膜厚度，研究人員終獲得300-370nm的窄響應“窗口”。

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

該紫外窄帶探測器的工作原理：

操縱正負電荷調節厚吸收層長度

（左下和右下分別為Cs₃Cu₂I₅材料結構及器件圖）

光電探測器在應用中，穩定性可以說是重要的性質，也是投入實際應用的前提條件。課題組制備出的無鉛紫外窄帶光電探測器，它的穩定性如何呢？能否投入應用呢？讓我們跟隨課題組繼續了解后續的表征過程~

超穩定！所得光電探測器性能太優秀

1. 無鉛薄膜的穩定性測試

研究人員首先對薄膜進行了穩定性測試，主要使用HORIBA Fluorolog-3熒光光譜儀對穩態熒光光譜進行了檢測，包括下圖中薄膜材料的熱穩定性、光照下的穩定性以及空氣穩定性的測試。

對無鉛Cs3Cu2I5薄膜: (a)熱 (b)光

 (c.d)空氣穩定性測試

• 圖a顯示，薄膜在經歷10個熱循環之后，熒光強度可以維持在原來的95%左右；

• 從圖b可以發現，在紫外燈連續照射8小時后，熒光強度幾乎沒有變化；

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

這些數據充分證明了該薄膜材料具有優異的穩定性，也為后續制得的光電探測器的穩定性打下基礎。

2. 光電探測器的穩定性測試

測試完薄膜的穩定性，接下來，研究人員進一步對基于該薄膜制備的光電探測器的穩定性進行了表征。在本次測試中，為了解該器件的實際應用潛力，研究人員并未對該探測器進行封裝，以了解其在大氣環境下的性質。

(a-h)均為未封裝器件的穩定性測試：

高溫及空氣環境下，光電流隨時間的變化

從上圖可以看出，無論是在高溫環境下（圖a-g，溫度高達373k）、還是在空氣環境中（圖h），隨著長時間放置（橫坐標），該器件的電流（縱坐標）都未發生明顯變化。

可見，不僅是無鉛金屬鹵化物——Cs₃Cu₂I₅制備的光吸收薄膜，對熱、紫外線和環境氧氣/水分非常穩定；采用該膜制備的光電探測器也可以在空氣環境中承受較高的工作溫度（373 K）。

可重現、耐高溫：新探測器具備廣闊應用前景

值得一提的是，該光電探測器不僅穩定性強，且在端條件下也可以使用，從下圖g就能看出。在圖g中，縱坐標代表了不同溫度下的光電流和暗電流的開關比，能夠看出：隨著溫度升高，光電流雖然有所下降，但降溫之后，光電流又恢復到到了原來的97%！

這表明未封裝的器件不僅穩定，且具備可重現的特性和良好的耐溫性，可以高效率連續運行12 h。因此我們有理由相信該器件將來有可能用于光電系統的組裝，進入工業應用！

在該工作中大量重要的光譜表征是通過Fluorolog-3熒光光譜儀實現，操作簡單、測試速度快、結果清晰直觀是研究人員選用該光譜儀時的首要考量。通過測試在不同溫度下的穩態熒光光譜，研究人員了解了本研究中吸收材料的穩定性。高靈敏（SNR16000：1）和超寬檢測范圍（200-1700nm可選）的特點，也確保了實驗結果的準確性。

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鄭州大學史志鋒團隊嘗試帶來的突破成果無疑是令人欣喜的，為實現高穩定、低成本、環境友好型的鈣鈦礦紫外窄帶探測器，提供了新的研究方案。之后所帶來的系列影響也許還不可估量，因為科技前進一小步，對于工業發展可能就是一大步。我們期待更多的科研團隊能發揮各自優勢，不斷攻關難題，不斷突破與超越，填補更多的空白，帶來更多的驚喜！

文章作者&論文原文

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

文章標題：Highly Stable and Spectrum-Selective Ultraviolet Photodetectors Based on Lead-Free Copper-Based Perovskites

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