Forskere udvikler ultrafølsomme organiske fototransistorer baseret på en ny hybridlagsarkitektur

Organiske fototransistorer (OPT'er) er meget udbredt i miljø-/sundhedsovervågning, kvantekommunikation, kemisk/biomedicinsk sansning, fjernbetjening, overvågning, og billedsensorer, da de er lette, lavpris, yderst effektiv og miljøvenlig.

Grænsefladeladningseffekten er meget afgørende for OPT'er med høj følsomhed. Konventionelle lagdelte og hybride OPT'er lider af afvejninger ved at afbalancere adskillelsen, transportere, og rekombination af fotogenererede ladninger.

Prof. Li Jia og Gao Yuanhong fra Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) ved det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere udviklede en ny hybrid-lagsarkitektur til at forbedre den overordnede fotodetektionsydelse af organiske fototransistorer ved samtidig at drage fordele af ladningen- fældeeffekt og effektiv transport af transportmidler. Deres resultater blev offentliggjort i Avancerede materialer .

Strukturen af ​​den nye hybridlagede fototransistor (HL-OPT) består af et højmobilitets organisk halvlederkanallag til hurtig bærertransport, et organisk bulk heterojunction (BHJ) fotoaktivt lag, og et ultratyndt uorganisk mellemlag klemt ind imellem.

Excitoner genereret i det fotoaktive lag dissocierede i elektroner og huller ved donor/acceptor BHJ. De genererede elektroner blev let fanget af acceptorerne i nærheden, og huller blev sprøjtet ind i kanallaget for at øge bærerkoncentrationen.

Et uorganisk mellemlag blev valgt for yderligere at forbedre hulinjektion og blokere elektroner, efterfølgende undertrykkelse af elektron-hul-rekombination. Som resultat, ved at kombinere fordelene ved ladningsfangende effekt og hurtig transport af transportmidler, signifikant forbedring af den overordnede fotodetektionsydelse blev opnået fra HL-OPT.

For at evaluere potentielle anvendelser af den højtydende HL-OPT, forskerne fremstillede enhederne på fleksible substrater og bekræftede deres fremragende fleksibilitet. I mellemtiden enhederne blev også integreret i et endimensionelt array og demonstrerede pålideligheden af ​​HL-OPT i lysfølsomme billedsystemer. "Disse vellykkede forsøg gør HL-OPT særligt tiltalende til applikationer i fleksible og bærbare optoelektroniske enheder, " sagde prof. Li.

Dette arbejde giver ny indsigt i design og optimering af højtydende fotodetektorer, spænder over det ultraviolette og nær infrarøde område, og foreslår grundlæggende emner vedrørende elektroniske og fotoniske egenskaber af enhederne.

"En anden spændende pointe er, at denne organiske fotodetektor potentielt kan fremstilles ved at bruge printteknikker, hvilket vil reducere forarbejdningsomkostningerne yderligere, " sagde Li. "Jeg håber, at dette arbejde kan give markedet en lovende løsning til fotodetektorer ved at kombinere både høj ydeevne og lave omkostninger."