TiO2介导能带调控提升CuInS2/SnO2异质结自驱动光电探测器紫外-可见-近红外全波段响应及其人工视网膜应用

针对宽带光电探测器(PDs)中异质结界面的载流子复合难题，天津科研团队创新性地在CuInS2/SnO2异质结界面引入TiO2介电层，通过调控能带结构将响应度提升两个数量级至0.18 A/W（385 nm），实现了254-940 nm全波段自驱动探测，为自动驾驶和人工视网膜提供了高保真色彩还原方案。

　　

在光电探测技术领域，实现紫外(UV)-可见(Vis)-近红外(NIR)全波段响应始终是重大挑战。传统异质结光电探测器(PDs)虽能通过宽窄带隙半导体组合拓宽响应范围，但巨大的能带偏移(ΔE_c/ΔE_v)导致界面载流子严重复合。这一问题在自动驾驶、空间探测等需要高精度色彩还原的应用中尤为突出。天津理工大学Lan Li团队在《Materials Today Energy》发表的研究，通过TiO₂介电层创新性地解决了这一瓶颈问题。

研究采用水热法构建SnO₂纳米柱阵列(3.6 eV)与CuInS₂(CIS,1.44 eV)纳米片的异质结，通过化学浴沉积(CBD)调控TiO₂介电层厚度。关键实验技术包括：1)SnO₂纳米柱的模板辅助水热生长；2)TiO₂介电层的精确厚度控制(10-80 nm)；3)CIS纳米片的低温水热合成；4)通过开尔文探针力显微镜(KPFM)验证能带排列。

【结果与讨论】
SnO₂纳米柱阵列的垂直结构为载流子传输提供定向通道，而TiO₂层(50 nm最优)通过两步机制发挥作用：首先钝化SnO₂表面氧空位缺陷，将非辐射复合中心密度降低63%；其次形成SnO₂-TiO₂-CIS阶梯能带，使电子迁移势垒从0.82 eV降至0.35 eV。在385 nm光照下，优化器件获得4.3×10³的灵敏度与3.6×10¹² Jones的探测率，较未修饰异质结提升两个数量级。

【结论】
该研究开创性地利用介电层工程解决了宽带PDs的能带失配问题：1)TiO₂界面修饰使UV-NIR响应均匀性提升400%；2)自驱动特性使暗电流保持在pA级；3)在人工视网膜模拟中实现97%的色域覆盖率。这项工作为下一代智能光电系统提供了普适性的界面调控策略，被评审专家评价为"将介电层功能从钝化缺陷拓展至能带调控的范式转变"。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献内容。专业术语如"Jones"(探测率单位)、"CBD"(化学浴沉积)等均在首次出现时标注说明，能带参数与器件性能数据均与原文一致。）