近紅外光響應(yīng)的有機光電探測器（OPDs）具有光電性質(zhì)易調(diào)控、可大面積柔性印刷制備、可室溫工作等優(yōu)點，在可穿戴智能設(shè)備、柔性電子皮膚、生物醫(yī)學(xué)成像等新興領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景。然而，高性能的超窄帶隙有機半導(dǎo)體材料的設(shè)計合成較為困難。目前關(guān)于強近紅外Ⅱ區(qū)（1000-1700 nm）尤其是硅帶隙以下波段（>1100 nm）響應(yīng)的有機光電探測器鮮有報道，并且比探測率（D*）普遍低于商用無機探測器。

中國科學(xué)院化學(xué)研究所有機固體院重點實驗室林禹澤課題組在高性能近紅外有機光伏材料與光電器件方面開展了相關(guān)研究，并取得了系列進展。近日，該課題組設(shè)計合成了一種具有高Mulliken電負性的含氰醌式端基，4-二氰基亞甲基-1-萘醌（QC）。基于該端基構(gòu)筑的超窄帶隙受體材料實現(xiàn)了硅帶隙以下的高靈敏光電探測。端基QC結(jié)合了醌類分子的還原誘導(dǎo)芳香穩(wěn)定性和氰基的強吸電子特性，表現(xiàn)出明顯高于目前常用端基（4.61~5.46 eV）的Mulliken電負性（5.62 eV）。與常用端基3-(二氰基亞甲基)靛酮相比，QC端基構(gòu)筑的小分子受體材料的光學(xué)帶隙普遍減小了0.40-0.45 eV，最小的光學(xué)帶隙可窄至0.77 eV。在光伏模式下，二極管型近紅外OPD器件在0.41~1.2 μm的寬響應(yīng)范圍內(nèi)獲得了超過10¹²Jones的比探測率，在1.02 μm處獲得了最大值2.9 ×10¹²Jones。雖然可探測的波長極限短于InGaAs探測器，但該OPD器件在0.9~1.2 μm范圍內(nèi)的D*值已與商用InGaAs探測器相當(dāng)，高于商用的Ge探測器。基于高靈敏近紅外OPD器件，林禹澤課題組與合作者實現(xiàn)了寬范圍（0.4~1.25 μm）的光譜準確測量以及硅帶隙以下1.2 μm近紅外Ⅱ區(qū)成像。

基于高電負性端基的超窄帶隙材料的OPD實現(xiàn)1.2 μm近紅外Ⅱ區(qū)成像

該研究由化學(xué)所、吉林大學(xué)和浙江大學(xué)合作完成。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《科學(xué)進展》（Science Advances）上，并入選當(dāng)期Featured Image。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院的支持。

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