最近，国际知名学术期刊《Advanced Materials》（先进材料，影响因子17.493）在线发表了我校材料科学与工程系梁永晔副教授作为通讯作者的学术论文《Toward highly sensitive polymer photodetectors by molecular engineering》（面向高灵敏度高分子光电探测器的分子设计），详细介绍了课题组在有机光电探测器方向取得的成果。

因其性能的高度可设计性、可溶液处理和柔性轻薄等优势，共轭高分子是非常有前景的新一代光电材料。共轭高分子可以作为活性材料应用于光电探测器，它对于环境监测、数据通讯以及图像感应都十分重要。高外量子效率、快速响应、紫外至近红外波段的选择性或广域探测，都已经在高分子光电探测器中得以体现。此外，高分子光电探测器的大面积探测以及可以在室温下和柔性衬底上工作的特点，也为其在传感和探测技术上的应用开拓了新的发展方向。

与高分子太阳能电池相似，高分子光电探测器也通常采用本体异质结（Bulk heterojunction）结构。这种结构有利于活性材料对光子的吸收和电荷分离，实现高外量子效率（即EQE）和响应率。然而，由于相分离难以控制，异质结结构的二极管性能不佳，造成负偏压下暗电流较大，从而导致噪音升高，探测度下降。为降低暗电流，通常采用的办法是增加活性层厚度或通过界面修饰。但这些策略往往造成电荷传输能力下降，并且其器件制备工艺复杂。

梁永晔课题组首次通过分子设计在高分子光电探测器中实现活性层的垂直相分离控制，有效降低负偏压下的暗电流从而提高光探测器的探测度。具体上，课题组基于具有优异光伏性能的苯并二噻吩（BDT）为主链构建单元，通过在侧链引入共轭的3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）作为给体单元，与以噻吩并吡咯二酮TPD为受体单元共聚，合成了高分子PBT(EDOT)(图1)。

 
图1. 光探测器器件结构、分子材料以及J-V曲线。 

与噻吩侧链的高分子PBT（TH）相比，PBT(EDOT)器件负偏压下的暗电流密度降低了2个数量级以上，而其光伏性能没有显著下降（图1）。并且，探测器在±2.0V时具有非常高的整流比，暗电流的比值达到106-107，说明该探测器具有非常优异的二极管特性。在-0.2 V时，PBT(EDOT)器件暗电流密度可以达到1.6 × 10-10 A cm-2。暗电流的降低，使PBT(EDOT)光探测器在光谱响应区内可以获得1013 Jones以上的探测度。与之相对的是，基于PBT(TH)的探测器，其探测度始终在1.1 × 1012 Jones以下的水平（图2a）。此外，由于暗电流的减小，PBT(EDOT)器件对于弱光的探测敏感性大大提高，可以探测到光强在1 pW cm-2以下的弱光（图2b）。该项工作已申请PCT专利，课题组将进一步开发高分子光探测器在传感、光通讯等方面的实际应用。

图2. 光探测器的探测度（a）以及弱光响应图谱。

该论文第一作者为材料系工程师张罗正和杨庭斌博士，校内合作者包括材料系郭旭岗副教授、化学系党丽副教授。论文的合作单位包括华南理工大学、University of Nebraska-Lincoln、Northwestern University和University of California, Los Angeles，南方科技大学是该论文的第一通讯单位。该项工作得到深圳市基础研究项目以及南方科技大学启动基金的大力支持。 

文章链接：http://dx.doi.org/10.1002/adma.201502267

（供稿：材料科学与工程系 梁永晔副教授课题组）