1.研究背景

有机光电探测器（OPD）因其易于加工、吸收特性可调、制造成本低和重量轻等特点而备受关注。具有近红外一区（NIR-I；700-1000 nm）吸收和近红外二区（NIR-II；1000-1700 nm）辐射的材料因其穿透深、分辨率高、光热转换效率高等特点，在成像、心率监测和肿瘤消融等医疗应用中尤其有价值，因此成为生物医学领域的研究重点。开发可实现高效 SWIR 吸收的超窄带隙有机半导体具有很大的挑战性。而窄带隙非富勒烯受体（NFAs）作为一种新兴的有前途的材料，具有结构灵活、吸收系数高、能级可调、结晶度可控等特点，在光伏和 OPD 应用中具有巨大潜力。

增强分子内电荷转移效应（ICT）是微调窄带隙有机半导体吸收范围的有效策略，它基于电子供能单元和电子吸能单元之间的电子推拉效应（D-A 效应）。在此基础上，在中心核单元中引入一个电子吸收单元，形成 A-D-A1-D-A 结构，可显著降低带隙，使吸收波长超过 1000 纳米，甚至超过 1200 纳米。

2.研究成果

杨楚罗团队提出了一种新型窄带隙非富勒烯受体 CS-1，它以苯并双噻二唑（A1）为中心抽电子单元，结合二噻吩-环戊二烯（D）和 IC-2F 端基，形成 A-D-A₁-D-A 结构。这种分子设计实现了 0.8 eV 的超低带隙和 300-1600 nm 的宽吸收范围。通过不断优化器件制备过程，与未优化的器件相比，优化后的器件在检测率方面有了显著提高。在零偏压条件下，基于PTB7-Th:CS-1（100°C）器件在 0.84 至 1.39 µm 波长范围内的检测率超过 10¹¹ Jones，在 1.10 µm 处达到 1.33×10¹² Jones的峰值，且在 1.3 µm处显示出 5.9×10¹¹ Jones的高值，是该波长范围内所报告的最佳探测结果之一。此外，它在 1.2 µm和 1.3 µm波长分别具有 33.0 mA/W和 15.4 mA/W的高响应率。另外，该器件还显示出 91.9 dB 的高线性动态范围和 4/5 μs 的快速响应时间，突出表明了其在光电通信方面的巨大潜力。这些研究结果表明，基于 CS-1 的器件具有宽广的光学响应范围和出色的检测能力，非常适合先进的生物医学和光电应用。此外，这项研究还强调了含有 BTT 单元的受体在实现高性能 OPD 方面的巨大潜力。

图1. 分子结构和光学性能

图2. 器件性能