潘曹峰：实现基于图案化钙钛矿薄膜柔性实时光电探测与阵列成像

liuliang

光电器件（包括光电探测器、LEDs和太阳能电池）已经在日常生活中产生了巨大的应用，如光电通信、成像技术、环境监测、数字显示等。随着新兴光电产业的发展，柔性光电器件（PDs）由于重量轻、便携性、可穿戴性以及低的加工成本而越来越受到各国研究人员的青睐。近来，基于各种纳米材料的柔性光电探测器在机械稳定性、柔韧性和拉伸性等方面取得重大突破。有机-无极杂化钙钛矿材料由于在可见光下具有大的光吸收系数、可调节的带隙、更长的载流子寿命和扩散长度而成为高性能柔性光电探测器的一种理想的候选材料。然而，基于钙钛矿材料的大规模高分辨率和柔性PD阵列用于实时光追踪和成像目前还鲜有报道。
基于钙钛矿材料的大规模PD阵列的关键挑战在于能否为器件的微型化和集成化提供合适并有效的合成技术。传统制备工艺（如CVD法、气相外延生长法和模板法）由于引入了高温条件和特殊的衬底而不适合制备柔性PD阵列。最近，相关科研人员采用旋涂法制备出了基于CH3NH3PbI3的图案化的钙钛矿薄膜，通过光刻技术为大规模集成PD阵列的合成提供了可能性，而混合卤化物钙钛矿薄膜（CH3NH3PbI3−xClx）也已被成功合成，因为引入了Cl而使其具有更高的载流子迁移率和更长的激子扩散长度。因此，基于CH3NH3PbI3−xClx薄膜的大规模高分辨PD阵列应用于集成性的柔性电子和光电子是必不可少的。

近日，中科院纳米能源所潘曹峰研究员团队和湖南大学潘安练教授团队联手，合作制备出10×10像素化的柔性PD阵列，其分辨率达63.5 dpi。联合团队共同指导的博士生吴文强（第一作者）等人借助Al2O3辅助亲水-疏水表面处理工艺，通过两步连续沉积法在聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物(PET)衬底上实现大规模CH3NH3PbI3−xClx阵列的可控制备。所制备的柔性PD阵列具有高的探测能力、大的开/关电流比和宽的光谱响应范围，而且在大弯曲角下经过数百次弯曲试验后，展现出优异的电学稳定性和耐折性，此外，该器件也可以实现实时捕捉光轨迹和成像的功能。相关成果以题为“Flexible Photodetector Arrays Based on Patterned CH3NH3PbI3−xClx Perovskite Film for Real-Time Photosensing and Imaging”发表于期刊Advanced Materials。

研究人员已经展示了基于CH3NH3PbI3−xClx薄膜的大规模柔性光电探测器阵列用于实时光探测和成像，该器件在多种环境下具有的优异性能而使其成为新型光电探测器的一种较为理想的装置，相关研究人员也预测所制备的这种器件在光通信、数字显示和人造电子皮肤等领域的光探测和成像方面具有巨大的潜力。

文献连接：Flexible Photodetector Arrays Based on Patterned CH3NH3PbI3−xClx Perovskite Film for Real-Time Photosensing and Imaging（Advanced Materials, 2018, DOI: 10.1002/adma.201805913）