Enhanced sub-1 eV detection in organic photodetectors through tuning polymer energetics and microstructure.
Enhanced sub-1 eV detection in organic photodetectors through tuning polymer energetics and microstructure.
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DOI：
10.1126/sciadv.adh2694
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发表时间：
2023-06-09
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Gasparini, Nicola
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jacoutot, Polina;Scaccabarozzi, Alberto D.;Nodari, Davide;Panidi, Julianna;Qiao, Zhuoran;Schiza, Andriana;Nega, Alkmini D.;Dimitrakopoulou-Strauss, Antonia;Gregoriou, Vasilis G.;Heeney, Martin;Chochos, Christos L.;Bakulin, Artem A.;Gasparini, Nicola
有机光电二极管 (OPD) 面临的主要挑战之一是增加红外区域的检测。有机半导体聚合物提供了一个调整带隙和光电响应以超越传统 1000 纳米基准的平台。在这项工作中，我们提出了一种吸收高达 1500 纳米的近红外 (NIR) 聚合物。基于聚合物的 OPD 在 1200 纳米处提供 1.03 × 1010 琼斯（−2 伏）的高比探测灵敏度 D*，在 -2 伏处提供每平方厘米 2.3 × 10−6 安培的暗电流 Jd。 与之前报道的 NIR OPD 相比，我们证明了 NIR 区域中所有 OPD 指标的显着改善，这是由于结晶度增强和能量排列优化，从而减少了电荷复合。 1100 至 1300 纳米区域的高 D* 值对于生物传感应用特别有前景。我们将 OPD 演示为近红外照明下的脉搏血氧计，无需信号放大即可实时提供心率和血氧饱和度读数。开发了基于短波红外聚合物的有机光电探测器，具有高探测率和快速响应速度，适用于生物识别应用。
One of the key challenges facing organic photodiodes (OPDs) is increasing the detection into the infrared region. Organic semiconductor polymers provide a platform for tuning the bandgap and optoelectronic response to go beyond the traditional 1000-nanometer benchmark. In this work, we present a near-infrared (NIR) polymer with absorption up to 1500 nanometers. The polymer-based OPD delivers a high specific detectivity D* of 1.03 × 1010 Jones (−2 volts) at 1200 nanometers and a dark current Jd of just 2.3 × 10−6 ampere per square centimeter at −2 volts. We demonstrate a strong improvement of all OPD metrics in the NIR region compared to previously reported NIR OPD due to the enhanced crystallinity and optimized energy alignment, which leads to reduced charge recombination. The high D* value in the 1100-to-1300-nanometer region is particularly promising for biosensing applications. We demonstrate the OPD as a pulse oximeter under NIR illumination, delivering heart rate and blood oxygen saturation readings in real time without signal amplification. SWIR polymer-based organic photodetectors with high detectivity and fast response speed for biometric applications are developed.
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