第一作者：Hrisheekesh Thachoth Chandran、黄佳明、夏浩

通讯作者：Hrisheekesh Thachoth Chandran博士、李刚教授、Karl Leo教授、Johannes Benduhn教授

通讯单位：德累斯顿技术大学（Technische Universität Dresden）、香港理工大学

原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202504357

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有机材料的光电探测器（OPDs）因其优异的光谱可调节、柔性及可持续性优势，已成为无机探测器的重要补充，尤其在柔性可贴合和近红外二区探测等新兴领域展现出巨大潜力。本综述文章作者特别指出OPDs应在此类硅基技术难以企及的功能领域开展战略性研究。文章首先梳理了柔性与近红外OPDs的最新突破，继而提出未来发展的三大关键策略：面向特定应用的器件与材料创新、针对窄带隙材料的界面工程，以及基于实际场景的运行稳定性研究。最后，探讨了将实验室成果转化为商业化技术的路径，强调必须采用以终端应用为导向的可持续设计与制造工艺，将监管与可持续性指标纳入研发流程，并确保与现有产品生态系统的兼容。通过聚焦于新兴应用领域而非在硅基优势领域进行追随式改进，旨在推动研究学界朝着目标明确、面向应用的OPDs创新方向迈进。

背景介绍

光电探测是连接光信号与数据的关键桥梁。在可见光至近红外一区（NIR-I），硅基探测器凭借性能与成本优势占据主导。但在1000-1700纳米的近红外二区（NIR-II），硅材料无法响应，而价格高昂的铟镓砷探测器又限制了其广泛应用。此外，传统无机材料难以满足柔性、可拉伸的新兴需求，其制造过程也面临可持续性挑战。OPDs因其优异的光谱可调、柔性佳、可溶液加工等特性，成为理想解决方案。OPDs不应仅是现有技术的替代品，更应开拓其独特应用场景：在NIR-I领域，主攻硅基刚性短板的应用，如可穿戴设备；在NIR-II领域，则以低成本优势开辟新市场。未来策略应避免与成熟技术直接竞争，转而聚焦于对柔性、低成本及可持续性有迫切需求的新兴领域，重新构想OPDs的技术定位与发展路径。

研究出发点

1）研究历程与基础突破：综述系统梳理了OPDs的发展脉络，重点总结了其在器件结构设计、光物理机理理解、关键窄带隙材料创新、柔性可拉伸系统构建，以及性能指标与稳定性测量标准化等方面取得的变革性进展，为后续发展奠定了坚实基础。

2）面向未来的核心研究方向：为提升OPDs的未来影响力，文章明确了一系列关键研究战略。核心包括：设计具有本征缺陷抑制能力的窄带隙材料；针对窄带隙体系的界面与器件工程；深入理解底层电荷动力学；平衡光电子性能与机械特性；开发可持续的柔性电极与器件构型；开展基于应用场景的运行稳定性研究，并进行应用导向的设计与集成。

3）从实验室走向实际应用的路径：文章着重探讨了如何将实验室的突破转化为可部署的实用技术。其路径涵盖：实现与柔性/共形平台的系统集成与兼容；开发可规模化且可持续的制造工艺；满足监管与安全要求；最终推进到功能样机的开发，完成从技术到产品的转化。

4）可持续发展与全生命周期评估：文章特别强调了可持续性与循环性在OPDs技术中的重要性。独立章节专门讨论了OPDs的全生命周期评估与循环性设计，旨在将环保理念贯穿于材料、制造、使用乃至废弃处理的全过程。

图文解析

图1. 硅基光电探测器存在特定应用局限的场景示意图，其中OPDs可成为具有前景的替代方案。

图2. 有机光电探测器（OPD）的器件结构演进：(a) 三明治型结构，(b) 平面异质结，(c) 体异质结，(d) 单组分结构，以及(e) 体p-i-n结构。

图3. （a）降低带隙的D-A效应与醌式共振效应示意图。（b）经典窄带隙有机材料及其分子结构的演进过程。

图4. （a）类自支撑薄膜的应力-应变曲线及其实物照片。（b）变形状态下的可拉伸OPD阵列。（c）SEBS掺杂后垂直方向形貌结构示意图。（d）指纹共形近红外探测器的实物照片与三维显微镜图像。（e）AgNW/C-PVA/PDMS电极贴合人体皮肤及不同变形状态下的实物照片。（f）自供电柔性PPG传感器的实物照片、电路图及输出信号。

图5. OPDs在多个前沿领域的应用潜力，包括其对应的探测波段、具体应用场景，以及OPDs为何是这些场景的理想解决方案。

图6. 在近红外二区波段，近期报道的OPDs与商用铟镓砷、锗及硅二极管的关键性能指标对比，包括：（a）峰值响应度，（b）暗电流密度，以及（c）峰值比探测率随探测波长（探测器性能最佳对应的波长）的变化关系。

图7. 应用于窄带隙体系光电探测物理过程研究的高保真表征技术，及其尚未开发的潜在应用价值。

总结与展望

OPDs领域已实现从器件结构、新材料到物理机理的全面突破，其性能已逼近无机光电二极管，正迈向新一轮产业变革。未来发展的核心战略在于聚焦硅基技术固有局限领域——长波长探测（>1000 nm）与真柔性/共形集成系统。研究范式需转向"终端应用导向"模式：材料设计、器件架构与稳定性评估应始终围绕目标应用场景展开，重点突破关键性能指标而非追求全参数优化。这一策略不仅赋予材料选择和器件形态更大灵活性，更能催生契合多元市场需求的定制化探测器。引入"叶片电子"等可持续柔性基底，将显著提升技术环保属性。实验室成果产业化需多方协同：开发可规模化绿色制造工艺，将可持续性指标与监管要求融入研发链条，实现与现有产品生态无缝对接。通过与国际商用无机探测器性能定量对标，可客观评估OPDs市场竞争力。此外，贯彻循环经济理念与全生命周期评估，将推动该技术在智能传感、柔性电子及环境友好型应用领域开创全新机遇。

课题组介绍

李刚教授课题组主页：https://staff.eie.polyu.edu.hk/gangli/；https://scholar.google.com.hk/citations?user=j3lq2jQAAAAJ&hl=en&oi=ao

Karl Leo教授课题组主页：

https://tu-dresden.de/mn/physik/iap/optoelektronik/die-professur?set_language=en

Johannes Benduhn教授课题组主页：

https://tu-dresden.de/mn/physik/iap/optoelektronik/forschung/osens?set_language=en

原文信息

Hrisheekesh Thachoth Chandran, Jiaming Huang, Hao Xia, Rakesh Rajendran Nair, Shen Xing, Gang Li, Karl Leo, Johannes Benduhn, Beyond Silicon: Toward Sustainable, NIR-II, and Conformable Organic Photodiodes. Adv. Energy Mater. 2025, e04357.