近日，电子与电气工程系副教授罗丹老师课题组在有机薄膜光电探测器技术领域取得研究新进展，成果以“Filter-free band-selective organic photodetectors”为题在国际著名学术期刊《Advanced Optical Materials》(IF=8.286)上发表。

具有波长选择性响应的光电探测器在成像、物联网、光通信等领域有着重要应用。传统的光电探测器由宽谱响应的光电探测器及滤光片组成，可实现特定波长范围的光探测。但使用滤光片会降低光电探测器的灵敏度和增加制备成本，也限制了光电探测器在柔性、大面积应用中的使用。因此，开发无滤光片的高性能光电探测器有重要意义。

本文创新性地提出了一种新型的器件结构及设计理念，通过构建光耗尽层/光吸收层的异质结构有机光电探测器（heterostructure organic photodetector (OPD)），无需外置滤光片即可实现特定波长范围的光探测。在异质结构中，光耗尽层为高光吸收系数和高载流子迁移率的有机薄膜，光吸收层为高激子离解效率的体异质结有机薄膜。在异质结构有机光电探测器中，光耗尽层主要吸收较短波长的入射光，而产生的Frenkel激子受限于较高束缚能和较短扩散长度，因此无法产生光电流；光吸收层可以吸收较长波长的入射光，光生激子在体异质结中的离解效率很高，因此在体异质结中产生光电流。研究发现，异质结构有机光电探测器的光响应波长范围为从光耗尽层的透射率截止波长到光吸收层的吸收带边波长。

有机半导体材料具有吸收光谱可调的特点，本文通过调控光耗尽层和光吸收层的材料组份，充分验证了异质结构有机光电探测器的结构普适性，可以用来设计不同波长范围和窄带响应的高性能光电探测器。

本文还对比了异质结构有机光电探测器与传统有机光电探测器（conventional OPD）、载流子收集窄带化有机光电探测器（charge collection narrowing (CCN)-type OPD）的性能差异。通过对比发现，本文提出的异质结构光电探测器同时实现了高探测率和优异的光谱选择性，并有较快光电探测的响应速度。并测试了可见光盲型近红外异质结构光电探测器在双通道光通信中的应用。研究人员认为，异质结构探测器为制造低成本、高性能的有机光电探测器提供了新策略。

本文第一作者蓝钊珏是2016级南方科技大学与香港浸会大学联合培养博士研究生。南方科技大学电子系罗丹副教授、中国科学院国家纳米科学中心丁黎明教授、香港浸会大学物理系朱福荣教授为文章的通讯作者。

图1. 异质结构有机光电探测器的 (a)器件结构示意图和响应度光谱，(b)光耗尽层的透光率光谱和光吸收层的光吸收光谱，(c)器件内光子吸收的分布图，(d)工作原理示意图

图2. 异质结构有机光电探测器与现有技术对比

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202001388