近日，松山湖材料实验室研究员林生晃与副研究员崔楠成功开发出一种具有功函数广泛可调的聚合物电极，并将其应用于非对称二维金属-半导体-金属（MSM）结构的二维光电探测器设计中，显著提升了器件性能，为下一代柔性、自驱动光电探测器的发展提供新思路。

二维材料因其独特的物理和化学性质，在光电探测领域展现出巨大潜力。然而，传统金属和半金属电极的功函数固定，难以大范围可调，限制了其在MSM结构光电探测器中的应用，难以实现理想的能带对齐和性能优化。此外，金属沉积过程可能导致二维材料界面损伤，进一步影响器件性能。

研究团队采用了一种溶液加工的透明PEDOT:PSS电极，通过调节PSS与PEDOT的比例，实现了从5.1 eV到3.2 eV的大范围功函数调节。利用这种聚合物电极，构建了与二维过渡金属二硫化物的异质结构。实验中，团队采用转移技术实现PEDOT:PSS电极与二维过渡金属二硫化物的范德华集成，形成非对称接触结构，用于实现高性能的自驱动二维光电探测器。由于PEDOT:PSS电极在可见到短波红外区间有着较高的透过率，可以利用MSM结构的内发射机制实现亚带隙波段的检测。

实验结果显示，基于这种聚合物电极的二维WSe?光电探测器在性能上取得了显著提升。其整流比高达约10⁵，远超大多数已报道的TMD基非对称MSM结构。在520纳米激光照射下，器件展现出优异的自驱动能力，无需外部偏压或栅压即可工作，这为可穿戴光电器件的应用提供了巨大优势。此外，该器件在200 μW激光功率下实现了高达10⁸的光-暗电流比，暗电流低至10^-13A，表明其具有极高的信噪比和出色的探测能力。在低功率条件下，器件的响应度可达1.8 A/W，探测度高达2.34 × 10¹¹Jones，微秒级的超快响应速度以及扩展的近红外响应，展现了卓越的光探测性能。

该聚合物电极不仅在WSe?基光电探测器中表现出色，还成功应用于其他多种二维过渡金属二硫化物材料，如二碲化钼、二硫化钨、硒化铟和二硫化锡，均实现了从可见光到近红外区域的扩展响应。其透明性使得器件能够有效减少反射和吸收损失，进一步提升了光探测效率。此外，基于PEDOT:PSS电极的二维光电探测器还展现出优异的柔性和机械耐久性，在5000次弯曲循环后性能变化小于15%，且在不同弯曲角度下仍能保持稳定的光电性能，这为可穿戴电子设备的发展提供了有力支持。

该研究通过创新性地设计具有可调功函数的聚合物电极，实现了高性能、自驱动、柔性二维光电探测器的开发。其在可见光到近红外区域的宽光谱响应、高响应度、快速响应时间以及优异的机械耐久性，使其在智能交互系统、可穿戴电子设备和物联网等领域展现出广阔的应用前景，为下一代光电器件的发展奠定基础。

上述研究成果发表于《物理学进展报告》（Reports on Progress in Physics）。

相关论文信息：https://doi.org/10.1088/1361-6633/ade006