青島能源所在高性能有機光電探測器方面取得重要進(jìn)展
光電探測器是人類(lèi)認識自然和推動(dòng)社會(huì )發(fā)展的重要工具,已廣泛應用于通信、遙感、紅外成像、射線(xiàn)測量探測、工業(yè)自動(dòng)化控制以及安全監測等軍民各領(lǐng)域。近年來(lái),隨著(zhù)應用需求向輕薄化、柔性化和智能化的方向發(fā)展,開(kāi)發(fā)新型光電探測器迫在眉睫,其中有機光電探測器展現出成本低、溶液法大面積制備、質(zhì)輕、柔性、光譜響應范圍易調控、弱光響應優(yōu)異以及生物兼容性好等獨特優(yōu)勢,具有極為廣闊的應用前景。但目前的有機光電探測器存在暗電流偏大、漏電流隨反向偏壓增大迅速升高的瓶頸問(wèn)題,嚴重影響了有機光電探測器的性能和應用。
近日,青島能源所包西昌研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)有機功能材料與器件研究組與中國科學(xué)院物理所孟慶波研究員合作,設計開(kāi)發(fā)了一種制備高性能有機光電探測器的新策略——通過(guò)將聚芳醚類(lèi)材料(PAEN)引入有機光電探測器的光敏層,構建微區的PIN結構,不僅加速了電荷的掃除,還能夠高效地抑制反向偏壓下的電荷注入,顯著(zhù)降低了探測器的暗電流密度,例如在?1 V的反向偏壓下,暗電流密度可降低至3.63×10?10?A cm?2。此外,聚芳醚類(lèi)材料(PAEN)的加入還可優(yōu)化活性層的結晶形貌,減少缺陷態(tài)密度。同時(shí),激子解離和電荷傳輸的改善而顯著(zhù)抑制的電荷復合保證了器件的光響應度。最終,制備的有機光電探測器可以獲得3.45×1013?Jones的峰值探測率,是目前有機光電探測性能最優(yōu)的器件之一,媲美商業(yè)的硅探測器。該研究不僅為制備具有低暗電流、高響應度和高探測性能的有機光電探測器提供了一種新穎策略,也將有利于推動(dòng)寬帶響應、近紅外有機光電探測器的開(kāi)發(fā)。
相關(guān)成果近期發(fā)表在光學(xué)類(lèi)期刊Advanced Optical Materials上。博士研究生張帥和劉銅為共同第一作者,包西昌和孟慶波為論文通訊作者,并得到中國科學(xué)院院士褚君浩的悉心指導。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東能源研究院等項目資助。(文/圖 劉銅)
Shuai Zhang, Tong Liu, Jianxiao Wang, Yongfu Li, Guoqing Lin, Maria Vasilopoulou, Junhao Chu, Qingbo Meng*, and Xichang Bao*, Effective Strategy for High-performance Organic Photodetectors with Significantly Suppressed Dark Current and Improved Responsivity. Adv. Opt. Mater 2024, DOI:10.1002/adom.202400328
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202400328
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