Page 122 - 《真空与低温》2025年第3期

薛新意等：基于 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 钙钛矿的自滤波窄带光电探测器研究 393

分布的孔隙存在于薄膜表面。随着碘离子含量的 这不仅促进了材料的一致性，还形成了颗粒界限
增加，薄膜表面逐渐变得更为均匀和平整，孔隙数 清晰、大小均匀且界面平滑的高质量薄膜。均匀
[4]
量明显减少，钙钛矿的结构更稳定 。 的薄膜可以保证光波在材料中的均匀吸收和传输，
−
从 微 观 来 看， 当 调 整 碘 离 子 （I ）与 氯 离 子 从而实现更好的自滤波特性。这样的结构有助于
−
（Cl ）的比例至不同的配置（C H 3 N H 3 P b I 1 . 1 6 C l 1 . 8 4 ， 减少载流子传输过程中的非辐射复合损失，提高
CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82 ， CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1.8 ）， SEM 成 像 清 光电转换效率，并增强了光吸收能力，降低了缺陷
晰地展示了这些变化趋势。随着碘离子浓度的提 引发的非辐射复合概率，从而提升了器件的整体
升，薄膜内部结构得到了优化，表面特征得以改善。 性能。

200 nm 200 nm 200 nm
（a）CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.84 （b）CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82 （c）CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1.8

图 2 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 钙钛矿薄膜微观结构
Fig. 2 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x microstructure of perovskite films

SEM 分析表明，通过精细调控碘离子的掺杂 从图 3 可以观察到，随着 I 元素掺杂比例的
比例，可以有效改善 CH 3 NH 3 PbI 3-x Cl x 钙钛矿薄膜的 增加，样品的吸收起始波长呈现明显红移趋势，
微观结构，进而对其性能产生积极影响。 这为开发具有自滤波窄带的光电探测器和其他

2.2 不同掺杂浓度下钙钛矿单晶薄膜吸收波长 光电器件提供了重要基础。具体而言，未掺杂 I 的
在完成钙钛矿单晶薄膜的制备与表征后，进行 CH 3 NH 3 PbCl 3 钙钛矿单晶吸收波长为 420～470 nm
了系统的光电性能测试，旨在探究不同掺杂浓度 处，半峰宽为 430～458 nm；当引入一定量的 I 元素后，
4
下的光学吸收特性。采用了一系列具有不同碘与 CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.8 的吸收波长红移至 472～530 nm；
氯比例的甲胺铅卤化物钙钛矿单晶，具体包括未 半 峰 宽为 495～ 514 nm； 进 一 步 增 加 I 含 量 达 到
CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.8 时，吸收波长红移到 535～585 nm，
2
−
掺杂的 CH 3 NH 3 PbCl 3 以及含有不同比例 I 掺杂的
半峰宽为 545～563 nm；而在最高 I 掺杂浓度条件
CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.84 、CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82 、CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1.8 。
下， CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1. 样 品 吸 收 波 长 红 移 到 586～
8
实验数据经过处理后，得到了归一化的吸收光
624 nm，相应的半峰宽为
谱曲线，结果如图 3 所示。 595～613 nm。CH 3 NH 3 PbCl 3
截止吸收波长约为 470 nm，CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.8 截止
4

2
未掺杂 吸收波长约为 530 nm，CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.8 截止吸收
1.0 CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.84
波长约为 585 nm，CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1. 截止吸收波长
8
0.8 约为 624 nm。 以 CH 3 NH 3 PbI 1.16 Cl 1.8 为 例 ， 波 长 大
4
相对吸收强度/a.u. 0.6 于 生窄带响应，而小于 530 nm 的光子会被吸收，进而产
但小于
472 nm
或大于
的光子，
530 nm
472 nm
0.4
0.2 由于其具备的能量不符合吸收条件，则被过滤掉。
从上述结论中可以看出，通过调节卤素离子的成分
0 比例，可以精确地控制光电探测器的探测范围，掺
CH 3 NH 3 PbI 1.18 Cl 1.82 CH 3 NH 3 PbI 1.2 Cl 1.8
400 600 杂之后的钙钛矿吸收波长红移，对应相应波长的光
波长/nm 可以进行自行吸收或过滤，从而实现自行滤波窄带
图 3 不同 Cl、I 浓度下吸收波长 探测。
Fig. 3 Absorption wavelength at different 目前已知的窄带探测器的半峰宽可以达到
concentrations of Cl and I 50 nm [5-7] ，尚不够精确。本研究通过精确调控钙钛