实验室段春晖教授团队：基于硒取代的醌式分子半导体实现高灵敏深短波红外有机光探测器

近年来，有机光探测器（OPD）以其质量轻薄、可溶液加工、不含有毒重金属等优点，引起了研究者的广泛关注。其中探测波长在1.3–3.0 μm的深短波近红外（deep-SWIR）有机光探测器在遥感、夜视、健康监测、生物成像及光通信等领域具有广阔的应用前景。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的段春晖教授课题组利用杂原子取代策略，报道了一类含硒深短波红外醌式有机半导体，在0.5–1.4 μm波长范围实现超1011 Jones的高灵敏光探测，有望拓展柔性电子、光通信等领域的应用。

该课题组前期工作开发了一个短波红外有机光探测材料TBzIC，光谱范围覆盖至1300nm，基于该材料制备的光探测器在1100 nm处实现了超过40%的外量子效率（Adv. Mater. 2024, 36, 2310811），然而其光响应范围仍难以覆盖深短波红外波段。该工作中，研究人员通过硒原子取代策略，设计合成了一例新型电子受体SeBz-4Cl。研究发现，硒原子的引入不仅能够增强材料的分子刚性，而且使得共轭骨架的“芳香-醌式”共振效应显著增强，实现了光学带隙的有效降低。SeBz-4Cl薄膜的光吸收深入到了深短波近红外波段，其吸收起始边达到1450 nm。基于SeBz-4Cl的有机光探测器在1310 nm处实现了高达13.8%的外量子效率，在0.5–1.4 μm的波长范围内实现了超过1011 Jones的比探测率，该性能处于世界领先水平。此外，研究人员进一步展示了SeBz-4Cl在柔性器件、光通信，以及短波近红外单像素成像仪等领域的应用。本研究为光响应范围超过1.3 μm的高性能深短波近红外有机半导体提供了新的设计思路，也展现了其在柔性电子、光通信等领域良好的应用前景。

图1. 含硒深短波红外醌式有机半导体研究

相关研究成果以“High-Sensitivity Deep Shortwave InfraredOrganic Photodetectors Enabled by Selenium-Integrated Quinoidal MolecularSemiconductor”为题发表在NatureCommunications上，其中通讯作者为段春晖教授，华南理工大学魏文魁博士、尹冰艳博士、王晔晔博士，以及浙江大学博士生王静为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、中国博士后科学基金等科研项目的资助。