利用等离子体蝴蝶结纳米天线阵列提升钙钛矿光电探测器在近红外区的性能

摘要： 三阳离子混合金属卤化物钙钛矿因其高光子-电子转换效率、低激子结合能和良好的热稳定性，成为重要的光电材料。然而，由于在较长波长（尤其是近带边和带隙波长以上）的本征吸收较弱，该类钙钛矿在近红外（NIR）波段的光子-电子转换效率较低。本研究设计并制备了一种等离子体功能化的钙钛矿光电探测器（PD），将钙钛矿活性材料（(Cs0.06FA0.79MA0.15)Pb(I0.85Br0.15)3）旋涂于金蝶形纳米天线（BNA）阵列基底表面。在785 nm激光（接近钙钛矿带边）照射下，基于BNA的等离子体PD展现出比硅/二氧化硅常规PD约2962%的光响应增强。此外，该等离子体PD的探测率达到1.5×1012量级，外量子效率高达188.8%，超过常规PD 30倍以上。性能大幅提升源于局域表面等离子体共振耦合增强了BNA阵列周围的电场。这种BNA-钙钛矿设计还可用于提升其他光电设备性能，该概念亦可拓展至不同活性材料的其他光谱区域。