聚合物光电探测器(PPDs)具有柔性、低功耗、良好的生物兼容性等优点，在可穿戴设备、光学成像、生物医药等领域具有广阔的应用前景。倍增型聚合物光电探测器(PM-PPDs)的外量子效率(EQE)可远大于100%，在实际应用中能够摒弃复杂的附加放大电路，有利于提高系统集成度并节约设计成本。近年来，北京交通大学张福俊教授课题组一直致力于基于界面陷阱诱导电荷隧穿注入的工作机理研发PM-PPDs。所制备的PM-PPDs具有暗电流密度低、探测灵敏度高、响应光谱可调的优点。为了制备高性能PM-PPDs，围绕其工作机理探索进一步优化PM-PPDs性能的方法成为研究重点。

  影响PM-PPDs性能参数的主要因素归结于有源层中的电荷迁移率以及界面附近的受陷电荷分布。近日，北京交通大学张福俊教授课题组以PBDB-T:BTPV-4F (98:2, wt/wt)为有源层制备出PM-PPDs，在反向偏压下，受陷于BTPV-4F中的光生电子诱导空穴由Al电极隧穿注入到有源层，沿着PBDB-T形成的连续通道高效传输，最终被ITO电极收集，从而实现光电倍增现象。在-10 V偏压下，PM-PPDs的EQE明显大于100%，其EQE光谱形状主要取决于Al电极附近的受陷电子分布情况。

图1. (a) PM-PPDs的结构示意图；(b) PM-PPDs的电流密度-电压曲线及其工作机理示意图；(c) PM-PPDs的EQE光谱和有源层的吸收光谱；(d) Al电极附近有源层截面的受陷电子密度。

  向有源层中引入高结晶性的液晶小分子BTR作为调节剂，以调控有源层中PBDB-T的分子排布方式，进而提高有源层中的空穴迁移率。有源层中的空穴迁移率随有源层中BTR含量的增加而提升。当有源层中BTR含量为9 wt%时，界面附近的受陷电子密度以及有源层中的空穴迁移率达到平衡，获得性能最优的PM-PPDs。PM-PPDs的EQE以及响应度可随着外加偏压的增大而得到大幅度提高，当偏压为-20 V时，PM-PPDs的EQE以及响应度在660 nm处分别为19300%和102 A W^-1。

图2. (a) 相应薄膜面内以及面外方向的GIWAXS剖面图；(b) 相应有源层中的空穴迁移率；相应PM-PPDs的EQE光谱和有源层中的陷阱态密度(c, d)；不同偏压下最优PM-PPDs的EQE光谱和响应度光谱(e, f)。

  以上成果以Employing liquid crystal material as regulator to enhance performance of photomultiplication type polymer photodetectors为题发表在Chem. Eng. J.上。感谢中科院化学所李永舫院士课题组为本实验提供的BTPV-4F材料。本论文第一作者为北京交通大学博士研究生杨凯旋，通讯作者为张福俊教授。

  论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131802