近日，國際知名期刊Adv. Sci.（《先進科學》）發表了無機化學教研室張權博士在高性能光電子材料領域的最新研究成果。論文題為“Solution-Processable Van Der Waals Heterojunctions on Silicon for Self-Powered Photodetectors with High Responsivity and Detectivity”（基于溶液處理的範德華異質結矽基用于高響應度和高探測度自供電光探測器）。張權博士為論文第一通訊作者，清華大學穆金龍博士和北京航空航天大學李景教授為共同通訊作者，3044永利集团為論文第一通訊單位。Adv. Sci.是Wiley出版社旗下高水平跨學科期刊，聚焦前沿科學研究，開放獲取，涵蓋材料、醫學、能源等領域，是SCI中科院一區top期刊，最新影響因子為14.3，具有廣泛學術影響力。
矽表面高密度表面态長期以來阻礙了高性能光探測器的發展，導緻暗電流過大，從而影響響應度和探測度。通過全溶液噴霧塗層工藝，在n型矽基底上構建Cu3(HHTP)2/Ti3C2 MXene範德華異質結，實現了自供能模式下的超高響應度（1.8 A W-1）和探測度（1.63×1012 Jones）。該結構利用Cu3(HHTP)2/n-Si的I型異質結與Ti3C2/Cu3(HHTP)2肖特基勢壘的協同效應，有效分離光生載流子并抑制暗電流，同時在365-700nm寬波段範圍内展現出超過3.9×104的開關比。通過第一性原理計算揭示了異質結界面處的定向電荷轉移機制：Ti3C2層光生電子經Cu3(HHTP)2中間層高效傳遞至n-Si電極，形成增強型光伏效應。這種基于MOF與MXene的協同集成方案，不僅解決了傳統矽基光探測器的表面态密度問題，還實現了無需外部電源的自供能運行模式。該研究成功突破矽基光探測器暗電流瓶頸，為自供能光電子器件發展開辟新路徑，同時為二維材料在光通信、生物成像等領域的應用提供新思路。
(a) n-Si上Cu3(HHTP)2的合成示意圖，(b) Ti3C2/Cu(HHTP)2/n-Si光電探測器的制備示意圖，(c) 各種不同類型MXene或MOF材料在自供電光電探測器中性能對比圖
論文信息：
Solution‐Processable Van Der Waals Heterojunctions on Silicon for Self‐Powered Photodetectors with High Responsivity and Detectivity
Yuansheng Ge, Da Lei, Chaojun Zhang, Quan Zhang*, Jinlong Mu*, Jing Li*
Advanced Science, 2025, 2500027.
論文鍊接：https://doi.org/10.1002/advs.202500027
