文章名稱：Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors

期刊名稱：Nature Nanotechnology IF：38.3

DOI：https://doi.org/10.1038/s41565-024-01707-0

【引言】

光伏納米單元可以提升光伏轉(zhuǎn)換效率,，是有機(jī)光電材料相關(guān)研究中十分重要的一個(gè)研究領(lǐng)域,。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)成像芯片需要被集成到越來(lái)越大,，越來(lái)越復(fù)雜的集成電路中,。雖然打印、絲網(wǎng)印刷和掩模蒸發(fā)等技術(shù)的發(fā)展,，解決了有機(jī)成像芯片在電路集成中的一些困難,。但是，有機(jī)成像芯片在往大規(guī)模電路中集成時(shí)還需面臨光伏性能與小型化之間取舍這一難題,。在小規(guī)模集成時(shí),，光伏成像芯片的表現(xiàn)尚可,，當(dāng)進(jìn)行中等規(guī)模集成時(shí)芯片的性能就會(huì)有3到5個(gè)數(shù)量級(jí)的降低。

為了解決上述難題,，復(fù)旦大學(xué)相關(guān)課題組提出了基于光伏納米單元增強(qiáng)方案,，利用小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3將基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)光伏納米單元嵌入光交聯(lián)有機(jī)半導(dǎo)體中，突破了光伏能與器件微型化之間取舍這一難題,，成功實(shí)現(xiàn)了高性能有機(jī)光晶體管的大規(guī)模集成,。相關(guān)研究成果以《Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors》為題，發(fā)表于SCI期刊《Nature Nanotechnology》上,。

小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 光伏納米單元結(jié)構(gòu)示意圖,。a)所設(shè)計(jì)的光電納米單元（上）和傳統(tǒng)光伏單元（下）的比較,。b)透射電鏡揭示從鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQD）與有機(jī)半導(dǎo)體（OSC）逐步結(jié)合成PQD納米單元的過(guò)程。c)基于PQD納米單元和傳統(tǒng)的平面光伏單元的工作原理對(duì)比圖,。

圖2. PQD納米單元制備的大規(guī)模集成成像芯片。a)PQD納米單元和可光刻有機(jī)半導(dǎo)體（POSC）的化學(xué)結(jié)構(gòu),。b)在光作用下PQD和POSC的膠連過(guò)程,。c) POSC 和PQD-POSC在紫外光下的不同曝光劑量曲線。d)不同尺寸,，不同形狀的PQD-POSC曝光結(jié)果,。e)-h)在不同基底上的曝光結(jié)果。i)和j)在硅基底和PDMS基底制備的大規(guī)模集成成像芯片,。k)商用相機(jī)像素密度和用不同圖案化工藝制備的有機(jī)成像傳感器的像素密度的比較圖,。

圖3.基于PQD納米單元-POSC的互聯(lián)有機(jī)光傳感器（OPT）陣列,。a)集成電路中互聯(lián)連接陣列示意圖,。b)互聯(lián)陣列的層間信息。c)在硅基底上制備的高密度互聯(lián)陣列的光學(xué)表征結(jié)果,。d)所制備器件性能均一性統(tǒng)計(jì)結(jié)果,。e)在6寸硅片上制備的高密度互聯(lián)OPT陣列的光學(xué)和f)器件均一性表征結(jié)果。

圖4. 基于PQD納米單元制備的仿生視網(wǎng)膜,。a)用PQD納米單元制備仿生視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)圖。b)PQD納米單元的累積光充電示意圖,。c)基于PQD納米單元制備的仿生視網(wǎng)膜雙脈沖易化(PPF)曲線,。d)在90度彎曲和10%拉伸1000次后的Id曲線。e)5x5的OPT陣列隨光信號(hào)的興奮性突觸后電流(EPSC)變化圖。f)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖,。g)在不同噪聲條件下,，商用CMOS和基于PQD納米單元的光傳感器識(shí)別信號(hào)準(zhǔn)確率對(duì)比圖。h) 在不同噪聲點(diǎn)密度下,，商用CMOS和基于PQD納米單元的光傳感器識(shí)別信號(hào)準(zhǔn)確率對(duì)比圖,。

【結(jié)論】

綜上所述，復(fù)旦大學(xué)課題組所提出的光伏納米單元概念能夠通過(guò)納米尺度調(diào)制,，克服器件光電性能與小型化之間取舍的難題,。此外，將納米單元加入可光刻的有機(jī)半導(dǎo)體中,，通過(guò)光交聯(lián)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的聚集結(jié)構(gòu)和界面,，保持光轉(zhuǎn)換和調(diào)制性能，對(duì)抗長(zhǎng)期存儲(chǔ),、熱損傷和基板應(yīng)變,，為高性能集成光電子設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用提供了前景。本文中使用的小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫(xiě)光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3可以滿足科研中不同的光刻需求,，如不同基底,，不同劑量，不同曝光層的大規(guī)模光刻,。得益于無(wú)掩模的優(yōu)勢(shì),，MicroWriter ML3可以快速迭代優(yōu)化相關(guān)設(shè)計(jì),，幫助提升科研效率,。

圖5. 通過(guò)MicroWriter ML3自帶的軟件設(shè)置,，可以輕松調(diào)節(jié)光刻時(shí)特定區(qū)域的曝光劑量,。

圖6. MicroWriter ML3可以在不同基地上進(jìn)行不同精度的光刻,。

圖7. MicroWriter ML3可以根據(jù)需求對(duì)芯片進(jìn)行多層光刻。