红外探测技术在生物医学成像、环境监测和国防等领域具有重要应用，但传统硅基探测器在波长超过1.1 μm时性能急剧下降，而基于无机半导体的高性能探测器又面临制备工艺复杂、成本高昂等问题。有机光电探测器(OPDs)虽具有柔性、可溶液加工等优势，但在短波红外(SWIR)波段因非辐射复合(nonradiative recombination)导致比探测率(D*)普遍低于1010 Jones，严重制约其应用。
为突破这一瓶颈，研究人员提出了一种全新器件架构：将红外吸收层与有机热电材料耦合，通过热梯度驱动电荷扩散实现红外探测。该研究通过系统筛选掺杂有机半导体(OSC)材料（如ZnPc、MeO-TPD、BF-DPB与F6-TCNNQ复合体系），发现器件响应度与电导率和掺杂浓度呈正相关，证实信号源于热电效应而非传统光生伏特效应。其中ZnPc基探测器在1V偏压下实现109 mA/Wm2的超高面积归一化响应度，较传统OPDs提升2-3个数量级。
关键技术包括：真空蒸镀法制备Au/Ag电极与掺杂OSC层；锁相放大技术测量光响应；TCAD（技术计算机辅助设计）模拟温度梯度驱动的电荷输运；飞秒激光激发结合高速示波器分析瞬态响应。
Doped organic thermoelectric SWIR detectors
研究发现Spiro-TTB:F6-TCNNQ红外吸收层的极化子吸收峰强度随掺杂浓度增加，证实热生成效率可控。通过对比不同OSC材料（ZnPc、MeO-TPD、BF-DPB）的激活能（170-380 meV）与响应特性，排除了热敏电阻(bolometric)机制的主导作用。
TCAD simulation of organic thermoelectric infrared detector
三维热-电耦合模拟显示，BF-DPB器件在1V偏压下沿厚度方向形成显著温度梯度（ΔT≈15K），与实验数据高度吻合。Poole-Frenkel迁移率模型成功预测了不同掺杂浓度下的响应度变化规律。
Transient photoresponse and beyond
MeO-TPD基器件展现出μs级快速开启（3-dB带宽610 kHz）与ms级缓慢关闭的独特响应特征，源于有机层低热导率导致的散热延迟。尽管当前器件D*仅达104 Jones（受高暗电流限制），但通过引入未掺杂电荷传输层或图形化OSC层可显著改善噪声性能。
这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究开创性地将有机热电效应应用于红外探测，其模块化设计（可更换吸收层）为拓展至中远红外波段提供了可能。通过TCAD模拟与实验验证相结合，不仅阐明了温度梯度驱动的电荷输运机制，更为开发柔性、低成本、高性能红外探测器指明了新方向。未来通过优化材料体系（如低电导高热电优值材料）和器件结构（如光学微腔增强吸收），有望实现D*的突破性提升。
