我国学者研发可直接转化红外光为可见光成像的新型转换器

上海科技大学物质学院宁志军课题组以胶体量子点材料为基础，制备出一种新型、低成本、高探测率的红外上转换器件。该研究成果3月31日发表于《自然—电子学》。

近红外光电探测与成像器件在生物检测、信息通信、军事、气象等领域中有重要作用。但是复杂的集成工艺限制了红外成像系统的发展，而红外上转换器件作为一种替代的解决方案，可以将红外光直接转化为可见光成像。

为此，宁志军课题组成功制备的这种红外上转换器件的红外吸收层和可见光发射层，均采用了胶体量子点材料。得益于其可溶液法处理的特性，除了最上面的电极，整个红外上转换器件全部采用溶液法制备，极大简化了器件的制备。

为了提高红外上转换器件的光子对光子转换效率，研究人员在ZnO电子传输层中引入了银纳米粒子。在无红外光入射的情况下，ITO电极和ZnO之间有较大的势垒，空穴无法从ITO注入到ZnO中，电流很小;在有红外光入射时，光生电子会被Ag纳米粒子捕获并在ITO和ZnO的界面处聚集，增加器件界面的能带弯曲，减少了势垒宽度，ITO中的空穴大量隧穿注入到ZnO中，实现电流倍增。基于这种增益机制的胶体量子点红外探测器外量子效率可以达到8000%，探测率达到6×1012Jones，响应速度在毫秒量级，与目前已报道的胶体量子点红外光电探测最高性能相当。

同时，研究人员进一步将这种高效率的红外光电探测器和胶体量子点发光二极管结合，制备了红外上转换器件并取得了6.5%的光子转换效率。这在溶液法制备的两端红外上转换器件中是最高的，而且器件启动电压仅为2.5V。

研究人员探索了该器件在生物医学成像领域的应用，通过用红外光照射小鼠乳腺组织，在红外上转换器件的帮助下，正常组织和癌变组织可以清晰地分辨出来，展示了红外上转换器件在生物成像领域良好的应用前景。此外，该工作还首次制备了柔性红外上转换器件，有望应用于可穿戴电子器件。