Ultrathin Self-Powered Heavy-Metal-Free Cu–In–Se Quantum Dot Photodetectors for Wearable Health Monitoring

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作者
Shi Li,Jae Hong Jang,Wook‐Jin Chung,Hyojin Seung,Soo Ik Park,Hyeonjong Ma,Won Jun Pyo,Changsoon Choi,Dae Sung Chung,Dae‐Hyeong Kim,Moon Kee Choi,Jiwoong Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 20013-20023 被引量:32
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c05178
摘要

Mechanically deformable photodetectors (PDs) are key device components for wearable health monitoring systems based on photoplethysmography (PPG). Achieving high detectivity, fast response time, and an ultrathin form factor in the PD is highly needed for next-generation wearable PPG systems. Self-powered operation without a bulky power-supply unit is also beneficial for point-of-care application. Here, we propose ultrathin self-powered PDs using heavy-metal-free Cu-In-Se quantum dots (QDs), which enable high-performance wearable PPG systems. Although the light-absorbing QD layer is extremely thin (∼40 nm), the developed PD exhibits excellent performance (specific detectivity: 2.10 × 1012 Jones, linear dynamic range: 102 dB, and spectral range: 250-1050 nm at zero bias), which is comparable to that of conventional rigid QD-PDs employing thick Pb-chalcogenide QD layers. This is attributed to material and device strategies─materials that include Cu-In-Se QDs, a MoS2-nanosheet-blended poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) hole transport layer, a ZnO nanoparticle electron transport layer, Ag and ITO electrodes, and an ultrathin form factor (∼120 nm except the electrodes) that enable excellent mechanical deformability. These allow the successful application of QD-PDs to a wearable system for real-time PPG monitoring, expanding their potential in the field of mobile bioelectronics.
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