新轉換器或讓人們“看見紅外光” 極大簡化了器件的制備

上海科技大學物質學院寧志軍課題組以膠體量子點材料為基礎，制備出一種新型、低成本、高探測率的紅外上轉換器件。該研究成果3月31日發表于《自然—電子學》。

近紅外光電探測與成像器件在生物檢測、信息通信、軍事、氣象等領域中有重要作用。但是復雜的集成工藝限制了紅外成像系統的發展，而紅外上轉換器件作為一種替代的解決方案，可以將紅外光直接轉化為可見光成像。

為此，寧志軍課題組成功制備的這種紅外上轉換器件的紅外吸收層和可見光發射層，均采用了膠體量子點材料。得益于其可溶液法處理的特性，除了最上面的電極，整個紅外上轉換器件全部采用溶液法制備，極大簡化了器件的制備。

為了提高紅外上轉換器件的光子對光子轉換效率，研究人員在ZnO電子傳輸層中引入了銀納米粒子。在無紅外光入射的情況下，ITO電極和ZnO之間有較大的勢壘，空穴無法從ITO注入到ZnO中，電流很小;在有紅外光入射時，光生電子會被Ag納米粒子捕獲并在ITO和ZnO的界面處聚集，增加器件界面的能帶彎曲，減少了勢壘寬度，ITO中的空穴大量隧穿注入到ZnO中，實現電流倍增。基于這種增益機制的膠體量子點紅外探測器外量子效率可以達到8000%，探測率達到6×1012Jones，響應速度在毫秒量級，與目前已報道的膠體量子點紅外光電探測最高性能相當。

同時，研究人員進一步將這種高效率的紅外光電探測器和膠體量子點發光二極管結合，制備了紅外上轉換器件并取得了6.5%的光子轉換效率。這在溶液法制備的兩端紅外上轉換器件中是最高的，而且器件啟動電壓僅為2.5V。

研究人員探索了該器件在生物醫學成像領域的應用，通過用紅外光照射小鼠乳腺組織，在紅外上轉換器件的幫助下，正常組織和癌變組織可以清晰地分辨出來，展示了紅外上轉換器件在生物成像領域良好的應用前景。此外，該工作還首次制備了柔性紅外上轉換器件，有望應用于可穿戴電子器件。記者 黃辛