经过热调优的NiOx–MAPbI3界面用于高灵敏度的自供电光电探测器

《ACS Applied Electronic Materials》：Thermally Fine-Tuned NiOx–MAPbI3 Interfaces for High-Sensitivity Self-Powered Photodetectors

自供电钙钛矿光电二极管通过优化NiO_x HTL后退火温度（300/350/400°C）调控界面能级排列与微观结构，发现300°C退火后NiO_x薄膜表面均匀性提升，Ni3?占比增加及价带顶更深，与MAPbI3形成更优能级对齐，促使光电流密度和填充因子分别达426 mA/W和0.87，转换效率达17.3%，同时实现187 dB动态范围和<70 μs超快响应。

　　

自供电钙钛矿光电二极管具有低成本、可大规模生产的潜力，但要实现可靠的高性能，仍需仔细优化钙钛矿吸收层与电荷传输层之间的界面。在本研究中，我们探讨了沉积后的退火温度如何影响溶胶-凝胶法制备的氧化镍（NiO_x）空穴传输层（HTL）的结构和光电性能，这些HTL用于甲基铵铅碘化物（MAPbI₃）自供电光电二极管。氧化镍薄膜分别在300、350和400°C下进行退火，并系统评估了其对器件性能的影响。表面和界面分析表明，在300°C下退火的氧化镍HTL具有均匀的形态、更高比例的Ni³⁺物种以及更深的价带最大值，从而与MAPbI₃的能级对齐更加理想。在该优化表面上生长的MAPbI₃层具有更大的晶粒，有利于高效的光生电荷提取。使用300°C退火氧化镍HTL的器件实现了最高的功率转换效率（约17.3%），这得益于更高的短路电流密度和填充因子，同时保持了开路电压。光电探测器性能指标也证实了这一优势：在640纳米波长下的光谱响应度R_λ约为426 mA/W，噪声限制下的检测灵敏度D*约为2.53 × 10¹² Jones，散粒噪声限制下的检测灵敏度D_shot^*约为1.60 × 10¹⁴ Jones，线性动态范围约为187 dB，此外还具有小于70微秒的时间响应速度以及在极低光照（约190 pW）下的良好信号保持能力。这些结果共同表明，在300°C下热处理的NiO_x-MAPbI₃界面对于实现具有快速响应时间、低噪声和高灵敏度的可大规模生产自供电光电二极管至关重要，能够在不同光照条件下持续提供优异的性能。