二维钙钛矿材料因其独特的层状结构和优异的环境稳定性，在光电探测器领域展现出巨大潜力。然而，目前Pb基二维钙钛矿带隙通常大于1.6 eV，限制了其在近红外波段（NIR）的应用，难以实现弱光成像等高灵敏度探测任务。此外，二维钙钛矿中低n值相（如n=2、3）的非均匀分布，易引起载流子复合问题，进一步影响器件性能和稳定性。为解决上述难题，研究者近年来尝试通过合金化、表面钝化或结构调控等手段优化材料性能，但仍面临器件噪声电流高、响应速度慢和弱光监测能力弱等问题。因此，如何提升二维钙钛矿对近红外波段的吸收能力、改善相分布及缺陷分布，已成为推进其在近红外弱光探测领域实际应用的关键。
近日，上海大学联合重庆文理学院的研究团队基于(PEA)?FA?Pb?I??二维钙钛矿材料，提出了一种基于热调控的晶体生长策略。通过在成膜过程中对衬底进行预热，可有效促进高n相的优先生长、抑制低n相的生成，从而获得结晶性更好、缺陷更少且垂直取向优异的厚钙钛矿薄膜。该策略显著提升了材料的载流子寿命、降低了缺陷密度，并增强了近红外吸收能力?；诟媒峁怪票傅墓獾缣讲馄髟诮焱獠ǘ握瓜殖鲇旁叫阅埽?00 nm光照下具有高响应度、高探测率与低噪声电流，表现出优异的弱光成像能力与环境稳定性。更重要的是，该探测器在弱光（0.1 μW/cm2）照射下仍能获取清晰的高分辨率近红外成像，在弱光医疗诊断、机器视觉、夜视监控等场景有巨大应用潜力。这项研究以“A 2D Perovskite Photodetector for NIR Range and Weak-Light Imaging Applications via Thermal Regulation”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
研究人员通过热调控衬底工艺有效抑制了二维钙钛矿薄膜中低n相的形成并促进高n相的生长，从而大幅提升了结晶质量，并减少了材料内部的缺陷，延长了载流子寿命，相关结果如图1所示。
图1 热调节制备钙钛矿薄膜示意图及其表征
厚钙钛矿层内的光子采集与电荷传输之间的良好平衡相互作用，将提高二维光电探测器的性能。与对照薄膜相比，100°C钙钛矿薄膜的带隙更小，从而增强了近红外吸收范围，研究人员测量了该薄膜在不同激发位置的光致发光（PL）光谱，相关结果如图2所示。
图2 光致发光（PL）光谱、热衰减
研究人员利用该钙钛矿薄膜制备了二维Ruddlesden-Popper（RP）光电探测器，并对该光电探测器的性能进行测试，相关结果如图3所示。另外，为了解释该光电探测器性能增强机制，研究人员仔细探究了其载流子动力机制，相关结果如图4所示。结果显示，基于这一优化工艺制备的光电探测器在800 nm近红外探测表现出优异性能，响应度高达0.325 A/W，探测率达到1.12 × 1011 Jones，噪声电流极低，表现出良好的灵敏度与稳定性。
图3 光电探测性能表征
图4 相关电学性质表征
最后，研究人员构建了近红外成像系统，以探索该光电探测器在成像中的应用。该成像系统的设置以及在近红外弱光下的成像结果如图5所示。结果显示，该钙钛矿探测器在近红外弱光下仍能获得清晰的高分辨率成像，在弱光医疗诊断、机器视觉、夜视监控等场景有巨大应用潜力。
图5 器件成像应用表征
综上所述，这项研究揭示了热调控在调节二维卤化物钙钛矿材料相结构与载流子动力学方面的作用机制，为优化薄膜质量、提升器件性能提供了有效策略。该方法为构建高性能近红外光电探测器提供了新思路，为后续开发高稳定性、多功能钙钛矿材料提供了重要理论支撑。
