近日，我院光电材料与器件研究团队在钙钛矿基光电探测器的性能研究方面取得进展，研究成果以"High-efficiency perovskite photodetectors using manganese dioxide oxidation Spiro-OMeTAD as hole transport layer"为题被《Ceramics International》杂志接收发表。

N-i-p型钙钛矿光电器件中最常用的空穴传输层为有机小分子Spiro-OMeTAD（全称为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴，分子式为C₈₁H₆₈N₄O₈），虽然该小分子具有较高的空穴迁移率、有机溶剂中高溶解性、非晶态性质等，但是薄膜制备过程中需要数小时的氧气氧化过程才能达到较好的空穴传输能力，这造成了器件性能的不稳定和器件制备时间较长等缺点。

在这项研究中，我们运用化学氧化的方法将过渡族金属氧化物二氧化锰(MnO₂)掺杂到Spiro-OMeTAD前驱体溶液中，从而避免了后续的空气氧化过程，相比未掺杂MnO₂的Spiro-OMeTAD薄膜，掺杂薄膜形貌更均匀、薄膜质量更好，且在450-550 nm的光谱范围内有更好的光吸收，说明用MnO₂氧化Spiro-OMeTAD比空气氧化Spiro-OMeTAD效果更好，此外P型掺杂也使得薄膜电导率有了明显提升。不仅如此，我们运用空间电荷限制电流方法(SCLC)得出MnO₂掺杂能够降低器件缺陷密度、提升空穴载流子的传输能力。将MnO₂掺杂Spiro-OMeTAD薄膜作为空穴传输层制备的钛矿光电探测器表现出了更好的光电响应性能。其中掺杂比例为1 wt% MnO₂的器件达到了87.6%的外量子效率(EQE)，比未掺杂器件EQE(83%)提升了4.6%，在520 nm光照下器件响应度R从0.36 A W^-1提升到了0.43 A W^-1，探测率D*从4.36×10¹² Jones提升到了4.14×10¹³ Jones，实际线性动态范围LDR从81 dB提升到了92 dB。本研究为Spiro-OMeTAD化学氧化方法以及过渡族金属氧化物在钙钛矿光电探测器中的应用提出了可行的思路，为n-i-p型钙钛矿器件的商业化制备起到了推动作用。

论文作者：张静（硕士生），王玉坤（通信作者），兆佳昊然（本科生），杜徐佳能（硕士生），孙文红（通信作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.12.277。