近日，暨南大学物理与光电工程学院麦文杰教授团队在物理学TOP期刊《ACS Photonic》发表题为“Self-Powered Multispectral Photodetectors for High-Fidelity Weak-Light Panchromatic Imaging”和“Lead-Free Perovskite Photodetectors for Fast Fourier Single Detector Imaging”的系列研究论文，主要聚焦多通道窄带探测器构建及无串扰快速成像、高性能无铅钙钛矿光电探测器构建及界面调控等展开，提出从“材料设计-器件构筑-算法优化”的创新解决方案，规避大规模钙钛矿薄膜可控差工艺难，提出不同于传统硅基阵列成像的技术途径。论文第一作者分别为李婉君、吕一博，物理学系麦文杰教授与赵传熙副教授为论文共同通讯作者，暨南大学为论文唯一通讯单位。

图1. 工作1文章标题页截图

工作1针对多光谱成像系统复杂利用低温阴离子交换策略有效调控钙钛矿薄膜光学吸收带隙，提出钙钛矿自堆叠集成策略。通过精准的卤素离子取代技术，成功实现多波段光响应的片上集成器件。结合傅里叶计算成像重建算法，在8.7 μW cm^-²的弱光条件下，仅用100秒即可完成高保真彩色图像重建，图像信噪比得到提升。该工作为构建紧凑型多光谱钙钛矿成像系统提供了可能。

图2. 多通道窄带探测器构建及RGB彩色成像

团队发展了低温离子交换法在单片基底集成6个不同带隙钙钛矿光电薄膜，利用宽/窄带隙交替堆垛自滤波策略，成功构建具有四通道的自供电窄带光电探测器，响应光谱最小半高宽（FWHM）为13.8 nm。团队将R/G/B窄带探测器和计算成像的结合实现了宽色域图像重建，规避了传统多光谱阵列探测器的像素限制。在欠采样模式下可重建清晰图像，即使在弱光条件下（8.7 μW cm ^–2）也能实现高保真彩色图像重建，有望解决传统硅探测器弱光下彩色成像差等难题。

图3. 工作2文章标题页截图

工作2针对Bi基二维层状卤化物钙钛矿薄膜展开，聚焦高激子结合能和较短玻尔半径导致的载流子迁移率较低和表面/界面复合严重等问题。团队发展了电荷量精准可控电沉积超薄CuO_x空穴传输层，同时基于双界面调控策略构建高性能Cs₃Bi₂Br₉光电探测器，器件响应速度和开/关比分别提高了9333倍和503倍。此外，首次将单个探测器与快速傅里叶变换成像算法融合，仅需无空间分辨的单个探测器，在130秒内完成256×256像素图像重构，较传统硅基阵列成像技术成本显著降低，同时简化了成像系统的复杂性。

图4. 工作2高性能无铅钙钛矿光电探测器及快速傅里叶计算成像

本系列研究工作得到国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的资助。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.4c01303

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsphotonics.4c00628

图文：赵传熙

校对：陈科球

初审：黄晶晶

终审：幸江涛