有機光電探測器是一種能夠把光信號轉換為電信號的光電器件，在環境監測、成像傳感器、生物醫學、工業過程控制等很多領域都有著重要的應用。

以有機光電晶體管為基礎的光電探測器，可以同時通過柵電壓和入射光對溝道電流進行調控，與傳統的光電二極管相比具有高增益，高電流和低噪聲等優勢。盡管有機光電晶體管已經有大量的報道，但是它們往往只對某一波段的入射光有響應，而能夠從紫外至近紅外光譜范圍內都有響應的寬光譜有機光電晶體管鮮有報道。要制備這種有機光電晶體管，其中具有高遷移率和寬光譜吸收的有機半導體是不可或缺的關鍵材料。

近日，東南大學智能材料研究院和化學化工學院李全院士團隊和中國科學院化學研究所朱道本院士團隊合作，在寬光譜有機光電晶體管方面取得了重要進展。

他們通過溶劑相界面自組裝的方法，成功的制備了一種高度有序的n型有機單晶納米片,實現了從紫外至近紅外光譜范圍內都有很高光響應性的寬光譜有機光電晶體管。

該成果以“A high mobility air stable n-type organic small molecule semiconductor with high UV-Visible-to-NIR photoresponse”為題發表在Light: Science & Applications。東南大學的管英士教授為第一作者，喬晶副教授為共同第一作者，中國科學院化學研究所的徐偉研究員和東南大學的李全院士為共同通訊作者。

研究人員通過將甲醇緩慢注入到溶有n型有機小分子半導體材料TDPPQ的溶液表面，經過數小時的自組裝過程，便可以得到高結晶性的TDPPQ納米片（圖1）。

圖1.有機小分子半導體化學結構式和有機納米片的自組裝過程示意圖。

X射線衍射（XRD）數據顯示自組裝的TDPPQ納米片具有高度有序的分子堆積結構，同時吸收光譜數據表明其從250 nm到1100 nm很寬的光譜范圍內都有很強的吸收，為制備從紫外至近紅外光譜范圍都有響應的寬光譜有機光電晶體管提供了可能（圖2）。

圖2.有機納米片的XRD數據和吸收光譜圖。

以TDPPQ有機單晶納米片作為活性層制備的有機光電晶體管顯示出了優異的光電性能。場效應電子遷移率最高可達2.1 cm2V?1s?1，并具有很好的空氣穩定性。更重要的是，光電晶體管在365 nm，550 nm，670 nm，765 nm和940 nm等波長光照下，表現出了非常高的光響應度，分別為4.0×10? AW?1, 3.1×10? AW?1, 4.8×10? AW?1, 9.2×10? AW?1 和5.2×10? AW?1（圖3）。該研究結果為高性能寬光譜有機光電探測器的設計和制備提供了一個成功案例。

圖3.有機光電晶體管示意圖和不同波長光照下的電流響應。

總結與展望

綜上，該工作通過自下而上的界面自組裝技術，成功的制備了高結晶性的n型有機小分子半導體材料TDPPQ納米片，該納米片在空氣中表現出了很高的場效應電子遷移率。所制備的有機光電晶體管從紫外至近紅外光譜范圍內都表現出了很高的光響應性，為高性能寬光譜有機光電探測器的制備和應用奠定了基礎。

| 論文信息 |

Guan, YS., Qiao, J., Liang, Y. et al. A high mobility air-stable n-type organic small molecule semiconductor with high UV–visible-to-NIR photoresponse. Light Sci Appl 11, 236 (2022).

https://doi.org/10.1038/s41377-022-00936-z

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