成像传感技术作为现代技术发展的基石之一，广泛应用于生物医学、环境监测、军事应用以及其他相关领域。在整合数字基础设施的社会发展趋势下，人们对信息安全的重视程度日渐提高，继而推动了对安全传输协议的需求。因此，为满足不断增长的数据保护需求，开发可加密的成像传感技术已成为十分迫切的需要。
钙钛矿材料的优异光电性能使它们特别适合作为成像领域的信号转换机制，在光学信号和数字信号之间发挥中介作用。然而，研究人员在追求更高的光探测性能时遇到了新的障碍，在自供电模式的光电探测器中，由于没有外部额外供能，器件的最大理论EQE值上限为100%，为突破这一阈值需要引入新的光响应机制。热释光电子效应可以通过利用光热电动势来调节界面内的电场，从而影响载流子传输。通过利用设备内部由光照引起的温度波动产生的高瞬态光响应，能够突破光伏效应的限制，从而实现超过100%阈值的EQE值。因此，将自供能钙钛矿光电探测器与热释光电子效应结合对于开发新型光电探测器件至关重要，这不仅可以实现出色的光电性能，还可以输出多样化电信号，不仅为成像系统的加密技术奠定了坚实的基础，同时为现代数字时代的视觉信息传输提供了安全高效的途径。
对此，哈尔滨工业大学矫淑杰课题组构筑了一种双端全无机钙钛矿/钙钛矿叠层光电探测器及其相应的加密成像传感系统。通过引入双重热释光电子效应并优化器件能带排列以提高光电性能和输出更加多样化的电信号，实现一种产生和放大耦合光伏效应和热释光电子效应的新机制。在此基础上，设计了一种能够同时进行三重信息传输的加密成像传感系统并构建了能够切换六种不同逻辑电路模式的可编程光电逻辑门系统。
图1. 研究工作内容简述
此结构的全无机钙钛矿/钙钛矿串联自功能光电探测器，通过结合Bi2TeO6层增强双重热光电子效应，实现了一种具有可编程逻辑门的创新加密成像传感系统。采用探测器阵列的加密成像传感系统实现了“HIT”三重图像信息的同时输出，其相应的可编程光电逻辑门能够执行“OR”、“AND”、“XOR”、“NAND”、“NOR”和“XNOR”共六种不同的逻辑功能。
图2. a)不同辐照波长下器件的电流-时间曲线；b) 不同辐照强度下器件的响应度与比探测率；c) 不同辐照强度下器件的增强因子；d) 不同外加偏压下器件的电流-时间曲线；e) 不同辐照频率下器件的电流-时间曲线；f) 8 kHz辐照频率下器件的响应速度；g)器件研究进展；h) 器件的运行稳定性；i) 器件的长期稳定性
基于来源于二维钙钛矿Cs2PbI2Cl2和Bi2TeO6/CsSn0.5Pb0.5IBr2钙钛矿界面处的双重热释光电子效应，以及Bi2TeO6层实现了器件合适的能带排列，光电探测器实现了出色的光电性能。器件的最佳响应率为1.46 A W-1，最佳比探测率为6.14 × 1013 Jones，其对应的EQE值达到342%，为单纯光伏效应器件的75.48倍。同时，器件具有微秒级的响应速度，在高达8 kHz的辐照频率下仍能清晰区分光伏信号与热释光电子信号。此外，器件同时展现出良好的运行稳定性和长期稳定性。
论文第一作者哈尔滨工业大学赵越博士，通讯作者为哈尔滨工业大学矫淑杰副教授。
论文信息：
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Advanced Materials
期刊简介
《先进材料》（Advanced Materials）是一本超过30年历史，由Wiley出版发行的材料科学类知名权威期刊。期刊聚焦功能材料在化学、物理、生物等各项领域及相关交叉学科的前沿进展，影响力广泛。
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