有机-无机杂化钙钛矿材料具有直接带隙、载流子迁移率高、光吸收系数大等优异的光电性能，已经广泛应用于太阳能电池和光电探测器领域。然而受限于二维的空间构型，迄今为止所报道的钙钛矿光电探测器都只能检测出特定方向入射光的光强，并不具备空间识别能力。对于太阳能跟踪系统和光束控制系统而言，准确识别入射光的方向显得尤为重要。
针对这一问题，清华大学化学系严清峰课题组近日报道了一种可行的解决方案。该课题组从折纸艺术中获得灵感，创造性地提出将光电探测器构建在纸基衬底上，通过折叠形成具有空间识别能力的三维光电探测器阵列（图1）。
▲ 图1 折纸钙钛矿光电探测器阵列的制备
研究人员首先利用铅笔在普通的打印纸上绘制了石墨电极。通过滴涂的方法，在沟道中合成了有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜作为光敏材料。该方法的优势在于廉价易行，制备出的探测器电流响应度达到4.4 mA/W，响应速度小于10 ms，并且能够探测紫外到近红外区间的宽波段入射光。此外，纸基钙钛矿光电探测器还展现了优良的机械柔性。弯曲状态下的光电流并没有发生明显衰减。反复弯曲1000个周期后，光电响应性能依然能够维持（图2）。良好的机械柔性和耐久性使得这种器件有潜力运用于可穿戴设备中。
▲ 图2 纸基钙钛矿光电探测器的光电响应性能
有趣的是，将纸基探测器经过巧妙的折叠之后会形成立方体盒子。原本相邻的六个探测器阵元分别位于立方体的六个面上，因而可以接收空间中来自任意方向的光线。基于该立方体建立笛卡尔坐标系后，空间中任意一束平行光的方向就可以通过一组坐标(x,y,z)表达，类比于立方晶系中的晶向。研究人员分别测试了六个阵元在不同方向平行光入射后的电流响应。通过Metlab软件对光电流信号进行处理之后，很好地还原了入射光的方向。这表明纸基探测器不仅能够检测光强，经过折叠形成的三维阵列还具备空间识别能力。
▲ 图3 折纸钙钛矿光电探测器阵列识别入射光的方向
这一研究成果巧妙地结合了材料科学与折纸艺术，为开发柔性电子器件尤其是具有三维构型的光电器件提供了借鉴和启发。该工作发表于《ACS Applied Materials andInterface》期刊，论文第一作者为清华大学化学系博士生方华靖。
参考文献：
[1] H.J. Fang, J.W.Li, J. Ding, Y. Sun, Q. Li, J.-L. Sun, L.D. Wang, and Q.F. Yan,* An Origami Perovskite Photodetector with Spatial Recognition Ability, ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b02213.
来源：高分子科学前沿
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