日前，我校电子信息与光学工程学院纳米光电子器件团队崔艳霞、石林林、李国辉等人联合香港浸会大学Beng S. Ong及朱福荣在有机光电探测器领域取得重要研究进展，研究以“Atomic-level chemical reaction promoting external quantum efficiency of organicphotomultiplication photodetector exceeding 108% for weak-light detection”为题发表在国际顶级学术期刊《Science Bulletin》(影响因子20.577)。该论文的第一署名单位为太原理工大学，电子信息与光学工程学院石林林博士为论文第一作者，崔艳霞教授、李国辉副教授和香港浸会大学Beng S. Ong教授及朱福荣教授为论文共同通讯作者。
图1.论文页面截图
有机光电探测器因其具有良好的生物兼容性、低成本溶液制备、优异的机械柔韧性等优点，在生物医学成像及可穿戴电子产品等领域有广泛的应用需求。然而传统的二极管型有机光电探测器通常外量子效率小于100%，倍增型有机光电探测器通过不平衡的给受体质量比，利用陷阱辅助的载流子隧穿注入，可实现外量子效率远大于100%的倍增效应。但倍增型有机光电探测器因阳极欧姆接触，造成器件暗电流过高，制约了其探测弱光的能力。
图2.Al2O3界面层器件及标准器件的结构示意图、亮暗电流曲线及工作原理图
崔艳霞教授团队联合香港浸会大学报道了一种基于原子级化学反应实现具有较低暗电流、超强弱光探测能力且外量子效率可达108%的倍增型有机光电探测器。该研究利用原子层沉积技术在空穴传输层PEDOT:PSS与活性层P3HT:PC71BM(100:1 wt:wt)之间引入0.8 nm厚的Al2O3界面层，通过对薄膜拉曼、XPS及FT-IR性能进行表征，发现Al2O3界面层可与PEDOT:PSS的化学基团发生原子级化学反应，从而调节了PEDOT:PSS的功函数，实现了阳极肖特基接触。通过与阴极肖特基接触协同，该器件在保持高倍增行为的同时，暗电流显著降低。最终，器件的弱光探测性能有显著改善，相比于标准器件(可探测64 nW/cm2弱光)，Al2O3界面层器件可探测低至2.5 nW/cm2的弱光，且相应的外量子效率和响应率分别达到4.31×108%、1.85×106A/W,是目前已报道倍增型有机光电探测器的最优值。此策略在新型柔性电子产品及医学成像领域具有很好的应用前景。
图3. Al2O3界面层器件及标准器件的性能对比图
崔艳霞，太原理工大学教授，博士生导师，国家优青，多年来专注于纳米结构增强型光子及光电子器件的制造、表征与应用研究，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Lett.、Laser Photonics Rev.等期刊上发表论文139篇，H指数28，论文引用次数4728次(google scholar)，单篇引用次数最高922次。主持国家级项目5项（含重点项目1项）、省部级项目14项，出版学术专著1部，授权专利17项、申请专利17项(含美国专利3项)，在国内外学术会议上做邀请报告24次。获山西省自然科学奖二等奖1项(排名第1)，入选Elsevier光学工程学科中国高被引学者、香江学者，获玛丽·居里行动计划Seal of Excellence荣誉、“强国青年科学家”提名奖等。主讲光学电磁理论(研究生)、光电传感与检测技术(本科)等课程。主持教改项目2项，发表教改论文3篇。
石林林，太原理工大学讲师，硕士生导师。博士毕业于太原理工大学。主要从事微纳光子与光电子学领域的研究，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Laser Photonics Rev.、Adv. Optical Mater.、Sci. Bull.等期刊上发表学术论文20余篇。主持国家级项目1项，省部级项目1项，授权国内专利2项，公开国内专利2项，美国专利1项。
李国辉，太原理工大学电子信息与光学工程学院副教授。博士毕业于华东师范大学。主要从事微纳光电器件的研究，主持国家基金以及山西省重点研发计划等省部级项目7项，在微纳光电器件方面取得了一系列研究成果，在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Opt. Mater.、Photonics Res.等国际知名期刊发表论文50余篇，申请/授权发明专利17项。
论文信息:Atomic-level chemical reaction promoting external quantum efficiency of organic photomultiplication photodetector exceeding 108% for weak-light detection.Science Bulletin, 2023, 68(9):928–937
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927323002554
