短波红外光，其波长超过1.0 μm，在遥感、夜视、健康监测、人工智能、生物成像和光学通信等领域有广阔的应用前景。有机半导体材料，凭借其可调的化学结构与光电性能、卓越的吸收系数、出色的机械柔韧性，以及可溶液加工的优势，近年来成为了研究热点。基于此，有机光电探测器（OPD），作为有机半导体应用的一个重要方向，已经吸引了国内外众多研究人员的密切关注与深入研究。然而，尽管OPD展现出巨大潜力，但如何在短波红外光谱范围内同时实现高响应度与高探测率，依然是当前领域面临的一项重大挑战。
周霞博士已经设计合成了很多n-型有机半导体材料并成功应用于有机太阳能电池领域（Aggregate, 2024, 5, e488，SCIENCE CHINA Materials, 2024, 67, 1594-1601.）。这类A-D-A'-D-A型小分子受体材料具有灵活的结构调控特性，通过合理的分子设计，能够有效地将光谱范围拓展至短波红外区，从而弥补了有机光电材料在短波红外探测器领域的应用不足。
本项工作设计合成了分别以苯并三氮唑（BTz）和苯并三氮唑并噻二唑（TBz）作为中心核的n-型半导体BTzIC和TBzIC。TBz的引入提高了分子醌式构象的含量，促进了键长均一化和电子云离域，使该分子的薄膜吸收边红移至1280 nm，光学带隙收窄至0.97 eV。基于TBzIC的短波红外有机光探测器在0和-4 V的偏压下，该探测器在1100 nm处分别获得了26%和41%的量子效率，分别对应0.23和0.37 A W-1的响应度。这是目前有机光探测器在超过硅探测器工作极限获得的最高的响应度。此外，在-4 V偏压下，该探测器在1200 nm处仍然具有0.14 A W-1的响应度，显著超过了硅探测器的工作极限。得益于低能量无序度和陷阱密度，基于PBDT-TT:TBzIC的短波红外有机光探测器在500-1210 nm范围内取得了超过1012 Jones的探测率。
（a）BTzIC和TBzIC的化学结构和分子设计理念，（b）响应度，（c）探测率。（d）本工作以及文献中短波红外光探测器的响应度-探测率统计图。
该工作以“Sensitive Organic Photodetectors with Spectral Response up to 1.3 μm using a Quinoidal Molecular Semiconductor”为题发表在国际顶级期刊《Advanced Materials》上（DOI: 10.1002/adma.202310811），华南理工大学博士后尹冰艳和宁波工程学院新能源学院周霞博士为本文共同第一作者，华南理工大学段春晖教授为本文通讯作者。这篇论文引起了国内外同行的广泛关注，并于今年11月入选ESI高被引文章。
