Yang Changdeok教授团队开发钙钛矿有机半导体异质结光传感器
近红外波段外量子效率达90%·精度提升，刊登于Adv. Funct. Mater.
能够感知并对光作出反应的电子皮肤离现实更近了一步。
一种可以将从可见光到近红外光的光信号转换为电信号的柔性光传感器被新近开发出来。
这一技术有望推动相关研发，使其既能通过可见光识别物体颜色，又能通过近红外光同时探测内部组织和材质等信息。
UNIST 能源化学工程系 Yang Changdeok 教授团队22日表示，他们开发出一种在近红外波段也具有出色探测效率和高精度的“钙钛矿—有机半导体异质结光传感器”。
光传感器是一种将光转换为电信号，使电子设备能够对其进行处理的装置。手机屏幕根据昼夜自动调节亮度、静脉识别安保系统等设备中都内置光传感器。
该团队开发的光传感器可探测的光波长范围十分宽广，从人眼可见的可见光到不可见的近红外波段都能感知。这是因为其采用了将主要探测可见光波段的钙钛矿与探测近红外波段的有机半导体相结合的异质结结构。
通常，异质结结构在近红外光上的探测效率和精度会急剧下降，而研究团队通过设计有机半导体内部的分子结构解决了这一问题。具体方法是精确调控有机半导体受体分子（Y 系列非富勒烯受体）支链上所连接的氧原子的位置。
这种分子设计的改变一方面提高了电荷分离效率，从而提升了在红外波段的探测效率；另一方面抑制了有机半导体层分子过度聚集的现象，使有机半导体层与钙钛矿层能够无缝紧密贴合。两层越是紧密贴合，电荷在移动过程中泄漏的损失就越小，传感器的精度也就越高。
第一作者研究员 Park Jiwon 表示：“本研究证明，仅通过调节氧原子位置这一简单的设计策略，就能解决钙钛矿—有机半导体异质结光传感器在实现商业化过程中面临的技术瓶颈——‘探测波段拓宽’与‘精度提升’问题。”
在实验中，采用有机半导体（Y2PhO）的光传感器在波长为830纳米的近红外波段实现了超过90%的“外量子效率（EQE）”。这意味着，传感器能够将到达其表面的100个光子中90个以上转换为电信号，在迄今通过溶液工艺制备的宽带光传感器中处于最高水平。
此外，研究团队大幅降低了在无光暗态下产生的无用电流（暗电流），从而获得了能够清晰探测极其微弱光信号的性能。用于表征传感器在多大范围内区分光强差异能力的“线性动态范围（LDR）”也达到109.1分贝，表现非常优异，因此即使在强光与弱光交织的环境中也能实现精准识别。
Yang Changdeok 教授表示：“同时覆盖可见光与近红外光的宽带柔性传感技术，有望成为光通信、成像以及可穿戴电子设备开发的源头技术。”
该研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团的资助下完成，研究成果已于上月22日在线发表于国际学术期刊《Advanced Functional Materials》。
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