研 究 背 景

有机光电探测器（OPDs）凭借可调控的光电特性、溶液加工兼容性及柔性结构优势，在图像传感、生物医学监测和光通信等领域展现出巨大潜力。体异质结（BHJ）作为光活性层的主流结构，虽能通过给受体纳米尺度相分离促进激子解离，但在多层溶液加工过程中，后续功能层沉积时的溶剂渗透会溶解底层有机薄膜，导致界面形貌坍塌、缺陷态密度激增，进而引起暗电流与噪声电流显著上升，成为制约器件性能的关键瓶颈。如何在抑制溶剂损伤的同时构建有效的电荷注入阻挡层，是当前OPD领域亟待解决的核心问题。

成 果 介 绍

韩国中央大学Dong Hwan Wang等人提出了一种基于Y6-BO小分子非富勒烯受体的界面层压（Interfacial Lamination）策略。研究团队采用亲水性的2-羟基丙烯酸酯-聚氨酯丙烯酸酯（HEA-PUA）模具作为转印媒介，将预成型的Y6-BO薄膜层压至PM6:Y6-BO BHJ层表面，在BHJ与阴极之间构筑了致密均匀的三明治界面结构（ITO/PEDOT:PSS/PM6:Y6-BO/Y6-BO/PDINN/Ag）。得益于该策略对溶剂渗透的有效阻断及能级排列的优化，器件在0 V偏压下的暗电流降至3.01×10^-10 A/cm²，较 pristine 器件（2.39×10^-9 A/cm²）降低7.94倍；在830 nm处的比探测率（D*）高达5.19×10¹³ Jones，0 V下响应度达0.509 A/W。同时，器件的动态响应性能显著提升，-3 dB截止频率达到3.39×10⁵ Hz，光响应上升时间缩短至4.09 μs、下降时间缩短至3.30 μs。在光电容积描记（PPG）传感应用中，器件信噪比（SNR）达到57.6 dB，且在环境条件下放置20天后仍能稳定分辨脉搏波的收缩峰、舒张峰及重搏切迹，展现出优异的长期稳定性。该成果以“Noise-Blocking Interfacial Lamination of Small-Molecule Acceptors for Enhanced Signal Clarity in Organic Photodetectors”为题发表在Carbon Energy 期刊上。

研 究 亮 点

1.溶剂阻隔与界面完整性保护。HEA-PUA模具表面粗糙度低于2 nm，且与邻二甲苯（o-xylene）溶剂的Flory-Huggins相互作用参数（6.35 mN/m）远高于BHJ层（0.28 mN/m），从根本上阻止了溶剂向底层渗透，避免了旋涂过程中常见的界面溶解与形貌破坏，确保了Y6-BO薄膜的完整转印。

2.能级工程抑制暗电流。循环伏安测试表明，Y6-BO薄膜的氧化起始电位为1.07 V，显著深于PM6:Y6-BO的0.87 V。其更深的HOMO能级在阴极侧构建了更高的空穴注入势垒，有效抑制了热发射主导的暗电流；同时，Y6-BO与BHJ之间形成的级联能级排列促进了电子的高效提取，降低了电荷复合损失。

3.低缺陷密度与优异电学特性。空间电荷限制电流（SCLC）分析显示，层压器件的陷阱填充极限电压（V_TFL）仅为0.253 V，陷阱密度低至3.81×10¹⁴ cm^-3，显著低于旋涂器件（4.19×10¹⁵ cm^-3）。电化学阻抗谱进一步证实，层压器件的并联电阻提升至6.26 MΩ，远高于 pristine（5.30 MΩ）和旋涂器件（5.01 MΩ），有效减少了漏电流路径。

4.低噪声与宽带响应。噪声谱密度测试显示，层压器件在100–1000 Hz范围内的平均噪声电流为1.70×10^-13A·Hz^-0.5，远低于 pristine 器件（6.47×10^-13 A·Hz^-0.5），基于噪声计算的探测率（D*）达7.40×10¹² Jones。频率响应分析表明，层压器件的RC时间常数减小，实现了更高的工作带宽和更快的瞬态响应。

图 文 解 析

图1展示了界面层压的完整工艺流程与器件能级结构：不同于旋涂法，层压技术通过HEA-PUA模具将预成型的Y6-BO薄膜转印至BHJ表面，避免了溶剂直接接触底层；能级图清晰显示Y6-BO的引入加深了HOMO能级，在阴极界面处形成了有效的空穴注入阻挡势垒。

图2对比了三种器件的光电性能。层压器件（红色曲线）在暗态J-V特性（A）中呈现最低的电流密度；在0 V偏压下，其响应度（B）和探测率（C）均优于 pristine 和旋涂器件，830 nm处探测率达到峰值5.19×10¹³ Jones。即使在-0.5 V和-1 V反向偏压下，层压器件仍保持更高的探测率，证明其在实际工作电压下的可靠性。

图3的AFM三维形貌与线轮廓分析揭示了表面结构的本质差异。旋涂Y6-BO导致BHJ表面域结构被破坏、分布紊乱（B、E），而层压样品则保持了更大且更均匀的域尺寸（C、F），表明界面层压有助于形成平整致密的活性层表面，且XRD证实该过程未破坏底层分子的π-π堆积结构。

图4的XPS O 1s精细谱从化学组成角度验证了界面质量。旋涂样品在533 eV处出现明显的C-O峰，表明溶剂渗透诱导了界面氧化降解；而层压样品以531 eV处的C=O峰为主导，与Y6-BO本征分子结构一致，证实了层压界面具有更高的化学稳定性。

图5系统展示了电学输运与噪声特性。SCLC曲线（A）表明层压器件陷阱密度最低；阻抗谱（B）显示其拥有最高的并联电阻；噪声谱密度（E）和基于噪声的探测率（F）证实层压器件噪声更低、灵敏度更高；频率响应（G）和SNR分析（H）则表明其具备更宽的工作带宽和更高的信噪比。

图6展示了PPG传感性能。层压器件（红色波形）在初始状态（B）和20天老化后（C）均能清晰捕捉脉搏波特征，而旋涂器件（蓝色波形）信号模糊、噪声显著，进一步验证了层压界面在长期生物监测中的实用价值。

研 究 小 结

本研究通过界面层压技术成功解决了溶液加工多层有机光电探测器中的溶剂渗透难题。通过在BHJ与阴极之间精确层压Y6-BO受体层，构筑了低缺陷、高均匀性的三明治界面，不仅将暗电流降低近8倍、探测率提升至10¹³ Jones量级，还显著优化了电荷传输动力学，实现了高灵敏度、快响应速度和高稳定性的协同提升。该策略为高性能近红外光电探测及可穿戴生物医学传感提供了重要的器件工程思路，展现出广阔的产业化应用前景。

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Noise-Blocking Interfacial Lamination of Small-Molecule Acceptors for Enhanced Signal Clarity in Organic Photodetectors

文章研究方向：

有机光电探测器的界面工程与器件物理

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70276

DOI: 10.1002/cey2.70276

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。期刊创刊主编为丽水学院校长、温州大学原副校长王舜教授。

Carbon Energy 2018年创刊，2019年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，2020年获批国内统一连续出版物号，连续五年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，连续四年入选“中国最具国际影响力学术期刊”和中国科学院材料科学1区Top期刊，连续三年入选“北京国际图书博览会中国精品期刊展”，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD、OAJ、中国科技核心期刊目录等收录，2024年入选中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例和中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊项目。2025年影响因子为21.4，在能源与燃料、纳米科技、物理化学三大领域位列全球期刊前九，材料科学（多学科）领域472本期刊中，位列19。在此基础上，孵化《碳中和（英文）》和《碳创新（英文）》子刊。

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