自供能光电探测器无需依赖外部电源就能实现光电探测功能，具有灵敏度高、重量轻、体积小、能耗低的优点，在军用、民用及新兴的柔性可穿戴器件领域有重要的应用前景。自供能光电探测器的结构相对简单，采用非对称电极或构筑异质结等策略引入内建电场即可实现光生电子-空穴对的高效分离与收集，这将极大促进新兴功能半导体在未来柔性光电探测领域的应用。近期，杨再兴教授课题组研发出近紫外、360度全方位柔性自供能光电探测器，具体如下：

进展一：研发出近紫外柔性自供能光电探测器

Ga₂O₃作为一种典型的宽带隙氧化物半导体，具有宽带隙、优异的抗辐射性、化学稳定性和热稳定性等优点，在电子和光电领域被广泛应用。近期，采用基于范德华力剥离液态镓金属表面氧化层的方法，具有原子级别厚度、大尺寸的非晶态Ga₂O₃薄膜被制备出来，已被用作电介质和钝化材料，然而其光电探测性能的研究未见报道。鉴于此，杨再兴教授课题组首次研究了原子级别厚度非晶态Ga₂O₃薄膜的光电探测性能。研究发现，由于非晶态Ga₂O₃薄膜的吸收能力有限且缺陷态丰富，即使在偏置电压下，其光电流较小（pA量级），响应时间较慢（几百毫秒）。为了提升其光电探测性能，采用低温化学方法将PbI₂纳米片直接生长在大尺寸非晶Ga₂O₃薄膜上，成功构筑出II类异质结。得益于异质结界面处内建电场对光生载流子输运的调控作用，极大地提升了Ga₂O₃的光电探测性能并实现了自供能光电探测行为。在0 V偏压，405 nm激光照射下，光电流提升至1.6 nA，I_light/I_dark比高达10⁴，响应时间低至2 ms （上升时间）和4 ms （衰减时间），探测率达3.85×10¹¹ Jones。此外，基于Ga₂O₃/PbI₂异质结的柔性光电探测器优异的机械柔韧性，在弯折1200次循环后其近紫外光自供能光电探测性能未见衰减。相关研究结果以“Toward smart flexible self-powered near-UV photodetector of amorphous Ga₂O₃ nanosheet”为题发表在Materials Today Physics（2023, 31, 100997）期刊上。这项工作促进了Ga₂O₃在下一代高性能柔性紫外光电探测器中的应用。

进展一. 非晶态Ga₂O₃薄膜近紫外柔性自供能光电探测器

进展二：研发出360度全方位柔性自供能光电探测器

便携式可穿戴设备的兴起对光电探测器提出了新的要求，其中360°全方位探测就是重要的技术指标之一。然而，复杂的器件结构，低的光吸收、光生载流子收集效率，严重制约了全方位光电探测器的发展。杨再兴教授课题组在柔性透明PET基底上成功构筑了ITO/PbI₂/Ni三明治构型器件，利用非对称电极接触这一简单策略，实现了柔性全方位自供能光电探测器。该器件表现出优异的柔性自供能光电探测性能，暗电流低至10^-13 A，I_light/I_dark比高达10⁶，响应时间低至2 ms（上升时间）和3 ms（衰减时间）。值得指出的是，当光以5°的入射角照射时，光电探测器仍然可以保持较高的光电响应信号，表现出近乎360°全方位自供电光电探测的能力。相关结果以“Flexible omnidirectional self-powered photodetectors enabled by solution-processed two-dimensional layered PbI₂ nanoplates”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces（2022, 14, 46748）期刊上。该工作为360°全方位便携式可穿戴设备的研发提供了新策略。

进展二. 基于ITO/PbI₂/Ni三明治构型器件的全方位柔性自供能光电探测器

以上研究工作得到了光电所陈峰教授、陈明研究员、谭杨教授和新一代攻关大平台贾志泰教授等专家学者的指导，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者、77779193永利集团杰出青年学者等项目的支持。

进展论文链接：

进展一：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542529323000330

进展二：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c13373