一作兼通讯：创纪录弯曲与响应速度的量子点柔性光电探测器

01 【科学背景】

柔性光电器件，比如柔性太阳能电池，柔性探测器，柔性成像仪在可穿戴器件，电子皮肤以及机器人和生物工程领域正发挥着重要作用。胶体量子点材料因其具有带隙可调、溶液合成，易于加工集成、成本低廉等优点，已经成为柔性光电器件中的明星材料。对于柔性器件而言，在弯曲过程中，活性层会产生应力从而导致结构被破坏以及器件性能衰减，所以高的弯曲稳定性一直是大家研究和追求的重点。在以往的研究中，大家多通过通过增加层与层之间的粘附性，引入聚合物去提高量子点柔性器件的弯曲性能，但是现在的性能依旧停留在万次弯曲水平，这仍然无法满足柔性器件领域日益增长的需求。

02【创新成果】

近日，来自比利时根特大学的邓玉豪（第一作者&通讯作者）等研究人员，发现通过降低量子点活性层的厚度，可以降低弯曲时活性层中的应力，并且薄的活性层在制备过程中也会引入更低的裂缝缺陷，从而可以提高量子点柔性器件的弯曲性能。基于这一发现，作者解决了柔性衬底上集成超薄器件的各种难点，实现了创纪录的十万次弯曲而无明显衰减的优异性能。并且因为超薄的结构，光生载流子的迁移时间被缩短，还在柔性探测器件上实现了创纪录的20纳秒的响应时间和97%的载流子提取效率。另外，针对活性层厚度降低导致光吸收率降低的问题，作者们通过构建F-P微腔，将活性层的吸收率提高了3.4倍，从而也实现了27%的外量子效率和2.1 × 1011 Jones的比探测率。

相关工作以题为“Super Bending-Stable Flexible Colloidal QD Photodetector with Fast Response and Near-Unity Carrier Extraction Efficiency ”的论文发表在国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

03【数据概况】

图1、超薄结构的制备与优化

图2、柔性光电探测器的结构与性能

图3、微腔增强活性层的吸收与近极限的载流子提取效率

图4、柔性探测器的弯曲性能表征。

04【科学启迪】

本文通过对弯曲时应力产生机理的深入了解，作者另辟蹊径，通过降低活性层的厚度，设计超薄光电探测器的思路，从而实现了创纪录的十万次弯曲性能和20纳秒的响应速度，载流子提取效率也实现了97%的近极限水平。同时对于超薄结构器件制备过程中，配体交换溶液渗透导致掺杂改变的问题，作者引入渐变交换的方法解决这一问题。本工作实现了超弯曲稳定和超快量子点柔性探测器件的制备，为高性能柔性光电领域的发展提供了有益的借鉴。

05【作者简介】

Yu-Hao Deng (邓玉豪) 博士，比利时根特大学BOF博士后研究员，主要研究方向为胶体量子点材料与光电器件以及钙钛矿材料表征与光电器件。邓博士之前已在Nature，Advanced Materials，Matter, Nano Letters，Physical Review Letters，Advanced Science等国际期刊上发表文章数篇。

文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c21940