北交大张福俊团队《AFM》：高性能窄响应倍增型有机光电探测器！

　　窄响应光电探测器在图像传感、医学检测、化学分析和可见光通讯等领域具有广泛的应用。目前商用的窄响应光电探测器通常是通过将硅探测器与滤光片集成而获得，这样会增加器件的复杂性，限制光电探测器阵列的集成并增加成本。使用有机半导体是实现无滤光片窄光谱响应的有效方案，因为有机半导体的光吸收特性可以很容易地通过分子设计和器件工程来调控。

　　近日，北京交通大学物理科学与工程学院张福俊教授等通过使用具有波长选择性的厚给体层和作为电子陷阱的超薄受体层来实现基于平面异质结（PHJ）的窄响应倍增型有机光电探测器（PM-OPDs）。相比于P3HT:PC71BM（100:1，w/w）体异质结（BHJ）窄响应PM-OPDs，由于PHJ中的空穴传输增强和电荷复合减弱，在-20 V偏压下，基于P3HT/PC71BM PHJ的窄响应PM-OPDs可以获得1700%的相对较高的EQE。通过将小分子给体SMPV1以P3HT:SMPV1=3:1的重量比掺入P3HT中作为光场调控（OFA）层，器件的EQE可从1700%进一步提高到3600%，这应归因于通过掺入SMPV1增强的激子解离效率进而增强的空穴隧穿注入。同时，随着外加偏压从-20 V增加到-50 V，器件EQE可以从3600%快速提高到20700%。通过在OFA层中引入SMPV1或DRCN5T，吸收边红移，PM-OPDs的响应峰位置从650 nm调整到695 nm或745 nm。随着OFA层从P3HT到P3HT:SMPV1（3:1，w/w）到P3HT:DRCN5T（3:1，w/w）的变化，吸收边逐渐缓慢，PM-OPDs的半高全宽（FWHM）从32 nm逐渐增加到45 nm到65 nm。相关工作以Filter-Free Narrowband Photomultiplication-Type Planar Heterojunction Organic Photodetectors为题发表在Adv. Funct. Mater.上。

　　论文链接：

　　https://doi.org/10.1002/adfm.202212149

　　

　　

　　图 1. (a) 基于体异质结和平面异质结的窄响应PM-OPDs的器件结构。（b）有源层材料的吸收光谱图。（c）所用材料的能级结构图。（c）有源层材料的化学结构图。

　　

　　图2. 暗态和光照条件下（a）PM-OPDs的J-V曲线（b）器件的能级示意图。（c）纯P3HT和P3HT/PC71BM薄膜的PL光谱图。（d）-20 V 条件下，不同PC71BM浓度制备的PM-OPDs EQE光谱图，插图是相应的归一化EQE光谱图以及OFA层的透过率光谱图。（e）不同波长光的渗透深度图。（f）不同偏压下，基于平面异质结和体异质结的窄响应PM-OPDs的EQE光谱图。

　　

　　图3. （a）掺入不同含量SMPV1的PM-OPDs的J-V曲线图。(b) P3HT和P3HT:SMPV1 (4:1-2:1, w/w) 薄膜的空穴迁移率。（c）掺入不同含量SMPV1的PM-OPDs的C-V曲线图。（d）P3HT，SMPV和P3HT:SMPV1（4:1-2:1，w/w）的PL光谱图。（f）最优器件在不同偏压下的EQE光谱图。

　　

　　图4.（a）-20 V偏压下，基于不同OFA层器件的EQE光谱图，插图是相应OFA层的归一化吸收光谱图。基于（b）P3HT（c）P3HT:SMPV1（3:1, w/w）(d) P3HT:DRCN5T（3:1, w/w）为OFA层器件的EQE光谱图，插图是相应器件的噪声电流。

　　这项工作说明通过双层平面异质结可以有效实现高性能窄响应倍增型有机光电探测器，而且通过适当地选择双层平面异质结材料可以调控窄响应峰的位置。

　　*感谢论文作者团队对本文的大力支持。

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