中国科学院大学孟祥悦课题组在锡基钙钛矿高分辨率近红外成像方面取得新进展

近红外（NIR）图像传感器因其在安防检测、远程感知和医学成像等领域的广泛应用而备受关注，主要得益于近红外光在穿透烟雾、生物组织和塑料等介质方面优于可见光和紫外光的穿透能力。钙钛矿材料因其低成本、可调节带隙、高吸收系数及优异的光电性能，被视为理想的NIR图像传感器材料。然而，传统的铅基钙钛矿材料因毒性和结构不稳定性限制了其在高分辨率成像中的应用。通过将铅替换为无毒的锡（Sn），不仅可以消除铅的毒性，还能拓展材料对NIR区域的响应。然而，基于无铅钙钛矿的高分辨率NIR成像阵列尚未得到实现，主要由于多晶无铅钙钛矿薄膜结构完整性不足，导致缺陷和晶界较多，限制了器件在暗电流和弱光响应方面的性能。

近日，中国科学院大学光电学院孟祥悦教授课题组成功通过简便的旋涂工艺制备了一种无毒的准单晶锡基钙钛矿薄膜，展现出高结构完整性和有效的NIR响应。通过一系列原位表征，研究揭示了准单晶薄膜的有序生长模式，显著减少了晶体陷阱和晶界。基于此薄膜制成的自供电NIR光电探测器在780至890 nm的波段内表现出超过10¹³ Jones的探测灵敏度。此外，64×64像素的NIR成像阵列凭借其高结构完整性，实现了超弱NIR光（63 nW cm⁻²）条件下的实时成像、指纹成像以及隐形物识别。这一研究填补了无铅钙钛矿材料在高分辨率NIR成像领域的空白，为未来低毒、高性能光电传感器和成像器件的开发奠定了坚实基础。

图1. 准单晶锡基钙钛矿薄膜的结构和形貌表征。 准单晶锡基钙钛矿薄膜表现出减少的晶界和高度定向的晶体取向。

图2. 准单晶锡基钙钛矿薄膜生长模式的研究。 有序生长模式使得准单晶锡基钙钛矿薄膜表现出减少的晶界和高度定向的晶体取向。

图3. 基于准单晶锡基钙钛矿薄膜的近红外光电探测器阵列。 NIR成像阵列实现了极弱NIR光（63 nW cm⁻²）的实时成像、指纹成像和隐形物识别。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是中国科学院大学博士研究生刘天华。