基于Ag2 S/NiCo2 S4 异质结的高灵敏度可见光-近红外柔性光电探测器研究

针对现有光电探测器响应率低、光谱检测窗口窄的问题，研究人员通过低成本SILAR（连续离子层吸附反应）工艺在柔性纤维素纸上构建Ag2 S/NiCo2 S4 异质结器件。该器件在可见光(57.17 mA/W)和近红外(1.669 A/W)波段展现高响应率，兼具快速响应(7.34-13.85s)和优异机械稳定性(1100次弯曲循环)，为可穿戴宽带光电探测提供了创新解决方案。

　　

在生物医学成像、安防系统和可穿戴设备需求激增的背景下，传统光电探测器面临响应率低、光谱范围受限和机械柔性不足三大瓶颈。尤其当涉及近红外(NIR)检测时，窄带隙材料固有的载流子复合损失问题更为突出。尽管通过能带工程和异质结设计已取得进展，但如何同步实现高响应率、宽谱探测与机械稳定性仍是领域内亟待突破的难题。

印度理工学院海德拉巴分校的Sameera Tanooj Chamarty与Sushmee Badhulika团队在《Optical Materials》发表的研究，创新性地将p型Ag₂
S（带隙1.2 eV）与n型NiCo₂
S₄
（带隙2.4 eV）通过SILAR法构建异质结，在纤维素纸基底上开发出柔性光电探测器。该工作通过交错能带排列形成强内建电场，使器件在可见光与NIR波段分别获得12.90%和243.64%的外量子效率(EQE)，同时保持7.34-13.85秒的快速响应能力。

关键技术包括：1）采用SILAR法在柔性基底上逐层沉积半导体材料；2）X射线衍射(XRD)验证单斜晶系Ag₂
S与立方尖晶石NiCo₂
S₄
的结晶性；3）紫外-可见光谱(UV-Vis)测定宽谱吸收特性；4）通过电流-电压(I-V)曲线评估光电响应性能；5）弯曲循环测试验证机械稳定性。

【材料与结构表征】
XRD图谱显示Ag₂
S在2θ=22.68°(1 0 -2)等晶面出现特征峰，NiCo₂
S₄
在31.63°(1 1 3)等位置呈现尖晶石结构衍射峰。SEM图像揭示纳米级多孔结构，这种形貌增大了光吸收界面。UV-Vis证实器件在300-1100 nm宽谱范围内具有强吸收，对应1.2 eV与2.4 eV的双带隙特性。

【光电性能】
在3V偏压下，器件对可见光(532 nm)和NIR(808 nm)的响应率分别达57.17 mA/W和1.669 A/W，较单一材料器件提升显著。时间响应测试显示NIR波段响应/恢复时间为7.34s/8.21s，可见光波段为13.85s/15.62s。这种性能源于p-n结耗尽区对载流子的高效分离，使复合损失降低42%。

【机械稳定性】
经过1100次弯曲循环(曲率半径5mm)后，器件响应率仅衰减8.7%，表明纤维素纸基底能有效缓冲机械应力。接触角测试显示基底具有疏水性(112°)，确保器件在潮湿环境中的稳定性。

该研究通过能带工程与异质结协同设计，突破性地解决了柔性光电探测器灵敏度与稳定性的矛盾。Ag₂
S/NiCo₂
S₄
的交错能带结构形成Type-II型异质结，使光生电子向NiCo₂
S₄
迁移、空穴向Ag₂
S聚集，这种空间分离机制将NIR波段的探测极限推进至1.3 μm。研究团队提出的SILAR制备工艺，为开发低成本、可规模化的柔性光电器件提供了新范式，其技术路线可延伸至Cu₂
S/ZnO等多元硫化物体系。该成果对发展智能医疗监测、柔性夜视设备等应用具有重要指导价值。