双波段光电探测器凭借其能够探测不同的光谱波段特性，特别适用于环境监测、生物成像、安全和机器视觉应用。消除多波段光电探测器中的光串扰对于跨波长的有效信号区分至关重要，尤其对于光通信和生物成像应用的探测精度至关重要。
据麦姆斯咨询报道，近日，由西南大学、南京理工大学和重庆赛宝工业技术研究院有限公司组成的科研团队提出了一种实现无光学串扰双波段有机光电探测器（OCF-OPD）的策略，该探测器集成了宽带可见光和窄带近红外光（NIR）探测。采用“一步式”转印印刷工艺将可见光探测器与近红外探测器相结合。前部可见光探测器设计用于探测可见光光子，而后部近红外光探测器则专门用于探测近红外光子。转印技术允许增加后部近红外光吸收层的厚度，有效地滤除不需要的可见光。这种设计不仅优化了光分布，还操纵了探测器内部的电荷收集，从而构成一种无光学串扰的双波段有机光电探测器。该器件在抗干扰光通信中表现出强大的性能，能够在多种干扰信号中准确识别目标信号。这项研究成果为未来无光学串扰多波段光电探测器的进步铺平了道路。这项研究以“Crosstalk-Free Dual-Band Detection of Visible and Near-Infrared Light Enabled by the Combination of Optical Design and One-Step Transfer Printing”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
该探测器支持在正向偏置下进行可见光探测，并在反向偏置下进行近红外探测，从而确保不同的工作模式。前部可见光吸收层通常具有有限的短波长光吸收能力，允许部分可见光穿过近红外光吸收层，从而导致不必要的光串扰和干扰（如图1a）。可以通过两种途径解决该问题：（1）增加前部宽带隙可见光吸收层的厚度，以确保完全吸收可见光（如图1b）；（2）通过纵电荷收集来增加后部窄带隙近红外光吸收层的厚度，以缩窄近红外光响应带（如图1c）。
图1 无光学串扰的双波段有机光电探测器工作机制示意图
无光学串扰的双波段有机光电探测器的化学结构和完整结构如图2a所示，HBL、EBL和MoO₃分别是空穴阻挡层、电子阻挡层和三氧化钼层。为了阐明无光学串扰的双波段有机光电探测器的独特光电特性，研究人员使用传递矩阵分析计算了光场和光生电荷的分布，相关结果如图2所示。
图2 无光学串扰的双波段有机光电探测器结构及起光电特性
传统的旋涂方法为制造微米级聚合物薄膜带来了重大挑战，特别是当应用于有机层时，薄膜厚度和均匀性会带来限制。为克服这些挑战，这项研究采用了一种利用预清洁聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 的“一步式”转移印刷工艺，能够制备厚度是传统旋涂涂层的两倍至三倍的薄膜，同时保持相同的溶液浓度。其制造工艺及薄膜评估结果如图3所示。
图3 无光学串扰的双波段有机光电探测器的制造
研究人员针对无光学串扰的双波段有机光电探测器的光响应特性进行了测试，相关结果如图4所示。研究结果表明，无光学串扰的双波段有机光电探测器具有卓越的功能，包括双波段探测和快速光响应，这对于在抗干扰光通信中的多个输入信号中识别目标信号至关重要。因此，研究人员采用无光学串扰的双波段有机光电探测器进行了抗干扰光通信演示，相关结果如图5所示。
图4 无光学串扰的双波段有机光电探测器的光响应特性
图5 采用无光学串扰的双波段有机光电探测器的抗干扰光通信演示
综上所述，这项研究展示了一种通过创新地集成光学设计和“一步式”转移印刷工艺，在双波段有机光电探测器中实现了无光学串扰性能的有用策略。无光学串扰的双波段有机光电探测器在区分目标信号免受干扰方面表现出卓越的能力。这项研究不仅解决了双波段有机光电探测器中的光学串扰问题，而且为多波段光电探测器技术的未来发展提供了机遇。
https://doi.org/10.1002/adfm.202500628
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