南湖新闻网讯（通讯员 雷红伟）近日，我校工学院光机电共性技术与装备团队研发出一种基于钯（Pd）掺杂的铯银铋溴(Cs₂AgBiBr₆)无铅钙钛矿的红外光电探测器，相关研究成果以“Palladium-Doped Cs2AgBiBr6 with 1300 nm Near-Infrared Photoresponse”为题在Small期刊上在线发表。

作为一种重要的农业传感器，红外探测器在农业领域有着广泛的应用。红外探测器可以用于作物健康监测和产量评估，通过分析植物的红外反射特性, 识别病虫害、水分胁迫和营养不足等问题；可以精准测量土壤的水分含量，实现精准灌溉；在温室环境中, 红外传感可以监控温度和湿度, 确保最佳的生长条件；同样地，红外探测技术也可应用于动物的健康监控。

当光照射到半导体材料上时，光子被材料吸收，电子从低能量状态（位于价带）跃迁到高能量状态（位于导带），如果给材料加上电压，就能引导这些跃迁的电子在半导体材料中流动，产生可测量的电流信号，从而实现光探测。目前商业化的红外探测器主要使用窄带隙(0-1.45 eV)的HgCdTe（中红外、远红外）或InGaAs（近红外）等半导体作为核心材料，但是这些材料价格昂贵，环境不友好，制备工艺复杂且良品率低。

针对上述问题，研究人员选取制备简单、低成本、无毒、稳定的卤化物双钙钛矿Cs₂AgBiBr₆为主体，创新性地在禁带宽度相对较宽的（2.0 eV）Cs₂AgBiBr₆中掺入微量的钯（Pd）元素，将其光吸收谱的截止边从570 nm大幅拓宽至约1400 nm，这是目前报道的Cs₂AgBiBr₆以及窄带隙铅基或无铅钙钛矿材料中最宽的吸收范围。系统性的实验研究以及第一性原理计算表明，Pd²⁺离子成功掺入到了主晶格中并部分取代了Ag⁺。研究发现，Pd掺杂不会对主体材料的禁带宽度和晶格参数产生明显影响，掺杂剂的Pd(d)轨道态在主带隙即价带和导带之间形成了子带隙中间能级，这些子带隙位于距离价带约0.9 eV的位置，显著拓宽了Cs₂AgBiBr₆的吸收范围。在扩展光吸收后，研究人员进一步制造了单晶近红外（NIR）光电探测器，发现引入子带隙中间能级后，掺Pd的Cs₂AgBiBr₆在亚带隙态即能量小于2.0 eV的光激发下也可以实现光载流子的生成，单晶探测器的光响应区域可以扩展至1300 nm，这也是目前报道的铅基和无铅钙钛矿材料中最宽的光响应区域。该研究证实了子带隙在拓宽卤化物双钙钛矿吸收和光响应方面的有效性，为利用掺杂来调控半导体光电特性以及基于较宽禁带宽度半导体制备红外探测器提供了新思路。

单晶红外探测器在不同波长下的光响应以及红外光探测机理

华中农业大学工学院雷红伟副教授为论文的第一作者，华中农业大学工学院谭佐军教授、林雪平大学季付翔博士和高峰教授为论文共同通讯作者。华中农业大学化学学院硕士研究生李小燕(已毕业)、关海宇(已毕业)，捷克科学院高分子化学研究所Libor Kobera教授，华中科技大学李德慧教授、林庭浩博士和林雪平大学Igor A. Abrikosov 教授、Sergei I. Simak教授、Utkarsh Singh等参与了本项研究。该研究得到了湖北省自然科学基金、武汉市自然科学基金和中央高校基本科研业务费项目的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202404188

审核人 谭佐军