原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202522776

2026年2月25日，中山大学刘川教授、刘佰全副教授团队与浙江大学狄大卫教授团队合作在 Advanced Materials 发表研究成果。该工作提出一种光电压驱动的双晶体管-单二极管（2T1D）钙钛矿像素架构，首次实现基于钙钛矿二极管的单片集成有源矩阵屏内光学传感显示。该设计突破传统分立器件的集成度与效率瓶颈，兼具高效发光与高灵敏成像功能，为下一代多功能交互显示器件提供了全新解决方案。

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同时实现高清显示与环境光感知是未来智能交互设备的核心需求。传统架构需分立集成发光二极管（LED）与光电探测器（PD），存在工艺复杂、像素密度低和开口率矛盾等问题。而发光与探测对激子行为的相反要求，制约了双功能二极管的器件性能。

针对这些问题，团队从材料与器件架构双维度突破：一方面，采用4-氟苯乙酸（FPA）作为氟化酸钝化剂，稳定准二维钙钛矿中间相，有效抑制非辐射复合损耗，结合高迁移率传输层实现平衡注入，显著提升电致发光性能；同时构建钙钛矿/电子传输层解离型Type-II异质结，助力光伏模式下的激子解离。另一方面，借鉴动态随机存取存储器（DRAM）的“双晶体管-单电容（2T1C）”架构理念，设计“双晶体管-单二极管（2T1D）”钙钛矿像素，将二极管作为光电压存储节点，结合薄膜晶体管实现传感信号的片内自放大，以光电压检测替代传统光电流检测，从原理上解耦发光与探测的性能制约。区别于传统无源矩阵的分时扫描方式，有源矩阵架构赋予每个像素独立的晶体管控制，可实现对发光与感测信号的主动寻址与保持，为高分辨率、高刷新率的双功能显示奠定了架构基础。 这一设计使感测功能真正“屏内”集成（in-cell），在不牺牲像素开口率的前提下，实现了显示与传感的像素级融合。

基于上述策略，天蓝光PeLED在显示相关亮度下仍保持高发光效率；与IGZO薄膜晶体管构建2T1D opto-DRAM单元后，实现了高灵敏度探测与信号放大。最终成功实现了单片集成的有源矩阵发光显示与弱光成像应用，兼具低功耗与高集成度优势。

背景介绍

未来显示设备不应只是输出界面，更需具备环境感知能力，如屏下指纹识别、自适应亮度调节、隔空感光操作等。当前主流方案将发光与感测元件分立集成，但导致像素密度下降、工艺复杂、光学效率降低。因此，实现同一像素内“发光-感测”双功能，成为下一代显示技术的关键方向。

研究出发点

1）光电矛盾解耦：采用光电压作为传感信号，取代传统弱光电流探测模式。光电压的对数响应特性使微弱光吸收也能产生足够信号，从原理上解耦发光与探测的物理需求。

2）钝化与界面协同增效：引入XPA钝化分子，其中羰基（C=O）钝化欠配位Pb²⁺，氟代苯基与有机阳离子形成氢键，抑制低维相无序生成，构建高效准二维能量漏斗；同时选用PO-T2T形成Type-II异质结，统一发光与探测的界面要求。

3）架构创新：从2T1C到2T1D：借鉴DRAM 2T1C增益单元架构，以钙钛矿二极管替代无源电容，构建2T1D opto-DRAM像素，实现光电压的存储与晶体管电流放大。

图文解析

图1. Opto-DRAM像素设计理念| 本征双功能二极管在正向偏压下发光、零/负偏压光照下产生光电压；准二维钙钛矿能级漏斗利于弱光激发；从传统DRAM 2T1C架构演进为2T1D opto-DRAM，实现存储节点从无源电容到有源光电转换单元的升级。

图2. 添加剂的多重钝化作用| XPA修饰的准二维钙钛矿薄膜的形成与表征。经FPA处理后，薄膜光致发光量子产率显著提升，缺陷密度与非辐射复合明显降低，为高性能双功能钙钛矿二极管奠定材料基础。

图3. 蓝光PeLED的器件性能| 得益于FPA钝化和PO-T2T电子传输层的高迁移率，蓝光器件实现高效率发光。

图4. 蓝光PeLED的探测性能与双功能机制| PO-T2T与钙钛矿形成Type-II异质结，在反向偏压下高效解离激子、提取电子，使光电探测效率（EQE_PD）远高于传统TPBi器件；产生的光电压足以驱动TFT实现信号放大。

图5. 有源矩阵显示与成像演示| 2T1D有源矩阵光学传感显示，成功实现同一像素阵列内显示与成像功能的切换。

总结与展望

本研究通过分子工程与器件架构的深度协同，成功破解单一钙钛矿二极管高效发光与灵敏探测难以兼得的难题。提出的2T1D opto-DRAM架构将DRAM存储概念引入光电器件，为高集成度、多功能、低功耗智能交互显示技术开辟了新路径。该策略不仅适用于钙钛矿，也为其他发光材料实现像素内感测提供了普适方案。

原文信息

Lingjiao Zhang, Baiquan Liu, Xinyang Lv, Genghui Zhang, Chenglin Li, Wenjing Zhang, Yunfei Ren, Ziming Chen, Meiyu Zhang, Qifan Xue, Zhenyu Yang, Baodan Zhao, Dongfang Yang, Hang Zhou, Feng Gao, Dawei Di, Chuan Liu. Photovoltage-Driven Two-Transistor-One-Diode Perovskite Pixels for In-Cell Optical Sensing Displays. Advanced Materials, 2026, 522776. DOI: 10.1002/adma.202522776.