LS&A: Разработаны новые органические материалы для инфракрасных фотоприемников

Органические инфракрасные фотоприемники сталкиваются со значительными препятствиями в достижении высокой внешней квантовой эффективности из-за недостаточной диссоциации экситонов Френкеля в органических ИК-материалах, что усугубляется ярко выраженной нерадиационной рекомбинацией при узкой полосе пропускания.

Существующие подходы, такие как интеграция поглощающих ИК-излучение органических материалов с высокоподвижными материалами, такими как графен, приводят к снижению чувствительности устройств. Это подчеркивает острую необходимость в новых органических материалах для ИК-излучения и инновационных стратегиях, позволяющих достичь как высокой EQE, так и сверхвысокой чувствительности, не прибегая к гибридным структурам.

В новой работе, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа ученых под руководством профессора Сюэцянь Фанга и д-ра Мухаммада Ахсана Изана. Мухаммад Ахсан Икбал из Школы экологии и гражданского строительства и Гуандунской провинциальной ключевой лаборатории интеллектуальных технологий предотвращения катастроф и чрезвычайных ситуаций для городских линий жизнеобеспечения Дунгуаньского технологического университета, Китай, в сотрудничестве с профессором Ю-Цзя Цзэном из ключевой лаборатории оптоэлектронных устройств и систем Министерства образования и провинции Гуандун, Колледжа физики и оптоэлектронной техники Шэньчжэньского университета, Китай, и коллегами, предложила новую стратегию использования ICT между молекулами D-A. ICT образует нейтральные и радикальные смешанные молекулы D-A, внося высокую степень структурного и энергетического беспорядка, который расширяет плотность состояний (низкоэнергетические ИК-состояния).

Это локализованное структурное искажение полимерной цепи донора, наряду с образованием D+, определяет положительный полярон. Хотя большинство этих поляронов обычно кулоновски связаны с анионом, возбуждение поляронов (низкоэнергетических ИК-состояний) в этих радикальных и нейтральных молекулах со смесью D-A позволяет связанным зарядам преодолеть кулоновское притяжение к своим противоионам. Это может привести к увеличению EQE в области поляронного поглощения по сравнению с экситонами Френкеля. Более того, сильное низкоэнергетическое подзатворное поглощение в ИК-области открывает путь к высокой производительности ИК-фотоприемников нового поколения без гибридных структур.

Ученые заявляют о выдающихся результатах своего инфракрасного фотодетектора:

Смешивание радикального и нейтрального поли[2,5-бис (3-тетрадецилтиофен-2-ил)тиено[3,2-b]тиофена] (C-14PBTTT) донорского полимера с тетрафтортетрацианохинодиметаном (TCNQF4) акцепторными молекулами образует объемный гетеропереход второго типа, что приводит к замечательным фемтоваттным оптоэлектронным характеристикам с высоким EQE ~1. 57 × 107% и фемтоваттной чувствительностью (NEP) ~0,12 фВт/√Гц на длине волны 1 мкм, превосходящей традиционные неорганические детекторы.

Эффективность обусловлена быстрой внутримолекулярной миграцией ИК-возбужденных поляронов, переходящих в свободные поляроны. Разница в производительности между видимой и ИК-областями подчеркивает превосходство поляронных экситонов над экситонами Френкеля в ИК-фотодетектировании, — добавили они.

Эти открытия не только подчеркивают способность органических материалов превосходить традиционные неорганические альтернативы, но и закладывают основу для будущих достижений в технологии ИК-сенсинга, прогнозируют ученые.

Что касается значимости данной работы, то подход этих ученых является инновационным не только в использовании поляронных механизмов для улучшения ИК-фотодетектирования по сравнению с экситонами Френкеля, но и в простоте изготовления и структуры устройства.

В работе представлена новая экспериментальная схема/стратегия использования поляронов для улучшения разделения и переноса зарядов в материалах с узкой полосой пропускания, минимизируя потери на нерадиационную рекомбинацию.

Работа демонстрирует, что значительное улучшение характеристик может быть достигнуто с помощью простых методов и коммерчески доступных материалов, предлагая конкурентоспособные результаты в области БИК-фотодетектирования.

Ранее аспирант из Аризоны сконструировал инфракрасную камеру для наноспутника.

24.12.2024