近日，我校新材料与新能源学院助理教授吴丹课题组与合作单位，以“耦合光电建模揭示掺杂p-i-n钙钛矿光电二极管增强响应度的隐藏机理（Revealing the Hidden Mechanism of Enhanced Responsivity of Doped p-i-n Perovskite Photodiodes via Coupled Opto-Electronic Model）”为题在Molecules发表最新研究成果。Molecules是MPDI主办的国际领先前沿期刊，2021年影响因子4.927（化学大类JCR Q2，CiteScore Q1）。2020级本科生张赫纯为论文的共同第一作者，吴丹助理教授为本文第一及通讯作者，深圳技术大学为第一通讯单位。

基于有机无机卤化物钙钛矿的光电探测器由于其独特的光电材料特性，为未来可商用光电探测器领域注入了蓬勃动力。已有报道的大多数策略都集中在通过材料改性和器件结构优化来提高光电探测器的性能，尽管有效但现有方法通常都聚焦于特定的钙钛矿/传输层组合。此前，本课题组采用了内置电场策略来进一步改善载流子的解离并证明了这适用于倒置和正置结构。然而，要广泛采用这种策略，仍然缺乏对于器件物理的深入分析。因此，分析钙钛矿光电二极管的物理图景并揭示其隐藏机制，从而进一步提高钙钛矿光电二极管的性能是该领域亟待解决的问题。

本工作构建了一个适用于倒置和正置结构的光电耦合模型并制备掺杂p-i-n钙钛矿光电二极管，揭示了内建电场提高钙钛矿光电探测器性能的隐藏机制。在光照情况下，通过计算光生载流子的生成速率，完成载流子密度分布的三维空间分布预测，进一步分析不同掺杂类型、浓度下的载流子复合速率、电场强度以及电流密度。在构筑模型的基础上，实验实现通过改变前驱体的比例来调节钙钛矿的掺杂类型和密度，并进行各种表征验证内置电场的建立。在最佳的掺杂条件下，倒置和正置结构的钙钛矿光电二极管分别达到了74.83%和73.36%的外量子效率，以及0.417和0.404 A/W的响应率。构建的光电耦合模型解释清楚了器件的隐藏机制和掺杂变化的策略。该研究为进一步分析和改进钙钛矿光电二极管的性能提供了新思路。

全文链接：https://www.mdpi.com/1420-3049/27/19/6223/htm

图. 倒置和正置结构钙钛矿光电探测器的生成速率、载流子密度、电场强度、以及性能测试