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【Adv. Mater.】曲线救国，使用上转化策略解决近红外材料量子效率低的问题 ​

简介 ​

可视化弱红外光对于传感、成像和通信至关重要，但由于低效的检测和上转换机制，一直是个挑战。本文报道了一种智能红外到可见光光子上转换有机光电子器件，集成了光检测、LED 和光伏功能，使得弱红外光的可视化成为可能。

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摘要 ​

智能红外到可见光上转换有机光电子器件能够连续监测入射红外强度，当入射强度低于设定阈值时，自动触发 LED 功能，放大可视化效果。该器件使用掺杂 rubrene: DBP 的三元体体异质结敏化剂，808 到 608 nm 的上转换效率超过 1.5%。同时具有优异的光伏特性和红外光检测性能，能在弱光条件下灵敏检测红外光，表现出较低的开启电压（0.9 V）和超过 1200 cd/m²的亮度，实现了高效的能量补偿。

研究结果与讨论 ​

智能多功能有机光电子器件利用高性能的三元体体异质结（PBQx-TCl: PY-IT: eC 9-2 Cl），集成了上转换、光电探测、OLED 和光伏功能。在强红外光下，该器件实现了超过 1.5%的光子上转换效率，并展示了良好的光电探测能力（800 nm 下光响应度为 0.35 A/W，特定探测度达到 10¹²–10¹³Jones），以及超低的开启电压和高亮度。在弱红外光条件下，通过 OPD 功能连续监测红外光并触发 OLED 功能，提供相应的光补偿，从而增强弱红外光的可视化效果。此外，在标准阳光下，该器件展示了超过 10%的光电转换效率。优化后的三元体体异质结结构和敏化剂的掺杂显著减少了能量损失，提高了 TTA 效率，表现出优良的光吸收、载流子产生和传输性能。

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1. 敏化剂的设计与优化： ​

  • PBQx-TCl: PY-IT: eC 9-2 Cl 的三元体体异质结结构大大提高了光吸收和载流子生成效率。
  • 通过掺杂 rubrene: DBP，增强了上转换效率，并在低光强条件下保持较高的光响应度。 image.png

2. 器件多功能集成： ​

  • 实现了光电探测和 OLED 功能的集成，通过编程控制实现自动光补偿，增强弱红外光的可视化效果。 image.png

3. 实验验证： ​

  • 在光伏模式下，该器件表现出良好的光电转换效率和光响应度。
  • 在 OLED 模式下，展示了高亮度和低开启电压的优异性能。
  • 上转换发光谱证实了该器件在 808 nm 光激发下的高效上转换能力。 image.png

结论 智能多功能有机光电子器件集成了上转换、光电探测、OLED 和光伏功能，显著增强了弱红外光的可视化效果。通过优化三元体体异质结结构和敏化剂的掺杂，实现了高效能量转换和光补偿，展示了在传感、能量采集和显示技术中的广阔应用前景。

参考文献 ​

Bi, P.; Wang, J.; Chen, Z.; Li, Z.; Tan, C.; Qiao, J.; Dai, J.; Zhang, T.; Gao, J.; Goh, W. P.; Lyu, C.; Jiang, C.; Hao, X.; Hou, J.; Yang, L. Weak Near‐Infrared Light Visualization Enabled by Smart Multifunctional Optoelectronics. Advanced Materials 2025, 2416785. https://doi.org/10.1002/adma.202416785.