下一代光电子系统旨在将光能高效转化为电能，并在室内环境中实现自主供能，服务于各类前沿应用。基于有机半导体的架构在这一方向上尤为突出：有机半导体不仅具备机械柔性和可溶液加工的优势，其带隙还可调控，因而在室内有机光伏（OPVs）发电以及有机光电探测器（OPDs）实现光谱选择性探测方面都展现出巨大潜力。
然而，目前OPVs与OPDs的技术发展大多各自为政，缺乏统一整合的方案。要构建既能收集能量又能进行光探测的双功能OPV-OPD系统，仍有不少关键问题亟待解决。
双功能系统的瓶颈：电荷传输层的冲突
这类潜在自供电系统的核心难点之一在于电子传输层（ETLs）与空穴传输层（HTLs）之间相互矛盾的电荷传输动力学。不同工作模式下对电荷选择性与阻挡特性的要求并不相同，这种冲突会削弱器件的耐久性和稳定性，并推高制造成本。
目前常用的HTL材料包括聚（3,4-乙烯二氧噻吩）、2-(9H-咔唑-9-基)乙基膦酸自组装单层、MoOx、NiOx、V2O5等，但它们在兼顾能量收集与光探测两种功能时存在局限。因此，开发新型HTL材料成为实现双功能器件的关键一步。
BPA：极简自组装单层HTL的提出
在一项具有开创性的研究中，东国大学能源与材料工程系助理教授 Jea Woong Jo 与韩国大学电气工程学院助理教授 Jae Won Shim 共同领导的团队，提出使用苯基膦酸（BPA）作为创新的极简自组装单层基空穴传输层。
BPA由苯环核心和膦酸锚定基团构成，结构简单，便于低成本合成。更重要的是，它在氧化铟锡（ITO）界面上表现出优异特性，包括良好的能级匹配、均匀致密的单分子层以及出色的稳定性。相关成果已发表在《Advanced Materials》期刊。
该研究的关键在于通过“极简”分子桥BPA，化解了电子学中长期存在的根本矛盾，使得同一器件既可以作为高效室内太阳能电池，又能作为高灵敏度光电传感器运行。
Jo 博士指出，这种HTL材料在两种工作模式下各具优势：
- 在OPV模式中，BPA为光活性层提供良好的能级匹配，实现高效、无障碍的空穴选择性接触，有利于提升发电性能；
- 在OPD模式中，BPA则体现出优异的电荷阻挡能力，能够有效抑制噪声电流，提高光探测灵敏度；
- 同时，BPA具备良好的环境稳定性，制备工艺简单且易于放大，并在实际室内运行条件下实现较高的功率与成本比，具备系统层面的经济可行性。
面向物联网与智能环境的应用前景
基于BPA的双功能有机器件，为构建新一代智能环境提供了重要技术基础。这类器件可以：
- 为自供电物联网（IoT）传感器提供室内能源；
- 支撑利用环境光能的可穿戴健康监测设备；
- 部署在室内大面积表面，形成可交互的“电子皮肤”，在无需外部电源或电池的情况下，同时完成能量收集与数据感知。
通过提升室内能量收集效率，该研究有望显著减少全球数十亿传感器对一次性电池的依赖，从而在环境可持续性方面产生深远影响。同时，BPA的极简合成路线有效降低了制造成本，使高性能有机光电子器件更具大规模商业化推广的可能。
Shim 博士表示，性能与商业实用性的协同，使BPA-HTL有望成为自供电物联网设备和可穿戴光电子系统的重要推动力量。
展望未来 5–10 年，这一方向的持续进展有望加速下一代通信网络与全面智能环境的落地。在这样的环境中，大量自供电设备将以低生态负担和低经济成本，实现无处不在、无缝衔接的连接与服务。
