Advanced Science:“看见”不可见 —— 基于有机半导体的短波红外光的探测与成像

缤纷世界,尽收眼底。正是因为有了光,我们的眼睛才能够去感受世界,发现美。我们常说的光,一般局限于可见光,就是人眼能够感受到的赤橙黄绿青蓝紫,光波长一般在380-780纳米。然而自然界的光还有很大的范围是人眼所不能直接看到的,像对人体皮肤有害的紫外光,电子通讯设备倚赖的微波等等。所以我们需要仪器设备来帮助我们实现对不可见光的检测。

红外光因为其波段的特殊性,可以在众多领域发挥作用,比如医学分析,生物监测,质量监控等等。关于红外光的检测,目前商业化的技术一般是基于加工复杂、成本高的无机半导体。然而无机半导体由于本身的特点,很难实现新型电子器件对于可折叠、半透明、大面积的需求。近年来迅速发展的有机半导体等关键技术实现了可溶液化制作光电器件。有机半导体在柔软性、光电特性调节的灵活性、生产成本等众多方面实现了对传统无机半导体的超越。

基于有机半导体的太阳能电池,光电探测器,光电场效应管等都得到了科学界的极大的关注,并取得了长足的发展。在光电探测器方面,有机半导体实现可见光以及近红外光(波长<1000纳米)的探测已经是比较成熟的技术。但是当光波长继续延伸,到达短波红外波段(波长 1000-2000纳米)时,有机半导体的合成以及光电探测器的研发都呈现出了极大的困难。鉴于短波红外光在与人类健康息息相关的生物应用领域有着举足轻重的意义,研发一款高效、低成本的有机光电探测器是众多科学家的目标。

香港浸会大学的朱福荣教授课题组与北京大学的赵达慧教授课题组联手合作,成功地研发了一款基于有机半导体的短波红外探测器。该探测器响应范围可延伸至1600纳米,是目前响应波长最长的有机探测器之一。通过与同样可溶液化加工的绿色发光二级管(LED)的结合,短波红外光在探测器中激发的载流子可以传递到LED中并驱动绿光LED 发光,从而实现对不可见短波红外光的直接可视。由于有机半导体的特性,很容易实现大面积成像器件的加工。本工作中的大面积成像器件可以直接用于对短波红外光的成像,不需要经过复杂的程序控制和信号处理。

该项研究为新型短波红外的探测与成像提供了新思路,为实现高效、实用的有机光电探测器提供了可能。研究者们相信,随着有机半导体材料和器件的发展,新型的光电器件将会在人们的生活中扮演越来越重要的角色。 相关论文发表在了Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000444)上。