Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Высокоэффективные органические фотодетекторы путем введения нефуллеренового акцептора для расширения длинноволнового детективного спектра

Аннотация

Мы демонстрируем широкополосные видимые органические фотодетекторы (OPD), вводя нефуллереновый акцептор 3,9-бис (2-метилен- (3- (1,1-дицианометилен) -инданон)) - 5,5,11,11-тетракис. (4-гексилфенил) -дитиено [2,3d:2,3′-d ′] - s-индацено [1,2-b:5,6-b ′] дитиофен (ITIC) в объемный гетеропереход (BHJ) на основе на обычной системе поли (3-гексилтиофен-2,5-диил) (P3HT):[6,6] -фенил-C71-метиловый эфир масляной кислоты (PC 71 BM). Полученные OPD демонстрируют специфическую обнаруживающую способность, превышающую 10 12 . Джонс во всем видимом диапазоне колеблется от 380 нм до 760 нм, а максимальная обнаруживающая способность достигает 2,67 × 10 12 Джонса на 710 нм. Спектр поглощения УФ-видимой области, стационарная фотолюминесценция, атомно-силовая микроскопия и свойство тока, ограниченного пространственным зарядом, были применены для анализа характеристик пленок полученных OPD. Благодаря длинноволновой полосе поглощения ITIC спектральный диапазон фотодетектирования был эффективно расширен, а лучшая морфология пленки, более эффективная передача энергии и пониженная подвижность электронов в активном слое обеспечивают отличную способность фотодетектирования. Предлагаемая схема обеспечивает надежную стратегию для реализации высокопроизводительных широкополосных видимых OPD.

Введение

Видимый свет как часть электромагнитного спектра, который может непосредственно восприниматься человеческим зрением (380–780 нм), играет важную роль в повседневной жизни и промышленном производстве [1]. Дистанционное зондирование в видимом свете является наиболее часто используемым в аэрофотосъемке. Восприятие цветного изображения также в основном основано на видимом свете и т. Д. [2]. Как мост между оптическим сигналом и электрическим сигналом, фотодетектор играет незаменимую роль в вышеупомянутых приложениях, тем самым вызывая пристальное и постоянное внимание [3]. Поэтому исследование высокопроизводительного фотодетектора видимого диапазона необходимо и имеет большое значение. По сравнению с традиционными неорганическими фотодетекторами, органические фотодетекторы (OPD) привлекли огромное внимание для приложений в гибких и портативных электронных устройствах из-за их гибкости, настраиваемого поглощения, легкости, обнаружения большой площади и низкой стоимости изготовления [4]. В последние годы, хотя OPD добились некоторых достижений в таких аспектах, как высокая внешняя квантовая эффективность [5], низкая плотность темнового тока [6] и высокая обнаруживающая способность [7], существует лишь несколько исследовательских попыток изучить высокопроизводительные широкополосные сети. OPD с полным видимым фотодетектированием до сих пор.

Эффективный сбор света и широкий диапазон поглощения имеют решающее значение в широкополосных OPD. Поэтому было разработано много донорных и акцепторных материалов с различной шириной запрещенной зоны, и в ходе прошлых исследований было построено множество классических систем гетеропереходов донор / акцептор [8]. Среди них поли (3-гексилтиофен) (P3HT):метиловый эфир фенил-C71-масляной кислоты (PC 71 BM) объемный гетеропереход (BHJ) широко изучался в органических фотоэлектрических устройствах из-за его относительно высокой подвижности носителей заряда, стабильной работы, простой структуры, низкой стоимости и зрелого процесса получения [9, 10]. Тем не менее, хотя спектральный отклик P3HT:PC 71 BM покрывает 400–600 нм, его недостаточно для полноценного видимого фотодетектирования из-за отсутствия длинноволновой области. Следовательно, необходимо найти эффективный метод расширения спектрального диапазона отклика P3HT:PC 71 Обычная система BM. Подобен органическим солнечным элементам (ОСЭ) [11, 13,7% за счет объединения преимуществ материалов и двух бинарных элементов. Energy Environ Sci 11:2134–2141 "href =" / article / 10.1186 / s11671-019-3033-8 # ref-CR12 "id =" ref-link-section-d292454161e695 "> 12], вводя третий материал в активный слой является одним из наиболее эффективных и простых методов для реализации широкополосных OPD с расширенным диапазоном фотодетектирования и отличными характеристиками [13]. Например, Раух и др. разработали P3HT:PC 71 BM BHJ, где квантовые точки PbS в качестве вводящего компонента, успешно расширили диапазон обнаружения OPD до 1800 нм [14]. Марио Кайрони и др. разработал T1:P3HT:PC 71 BM OPD с широкополосным откликом 360–680 нм за счет введения донора электронов со средней длиной волны поглощения T1 [15].

Недавно новый класс нефуллереновых акцепторов электронов показал высокие коэффициенты поглощения и отличные электрические свойства, что вызвало широкую озабоченность при исследовании фотоэлектрических устройств [16, 17]. По сравнению с обычными акцепторами производных фуллерена нефуллереновые акцепторы обладают разнообразной и сильной абсорбцией, поэтому они являются лучшими вариантами для введения в традиционную систему в качестве третьего компонента [18]. Например, Tan et al. разработали устройство для смешивания тройных акцепторов путем легирования 3,9-бис (2-метилен- (3- (1,1-дицианометилен) инданон)) - 5,5,11,11-тетракис (4-гексилфенил) -дитиено [2, 3d:2,3′-d ′] - s-индацено [1,2-b:5,6-b ′] дитиофен (ITIC) в PBDTBDD:PC 60 Смесь BM для достижения идеального дополнительного поглощения и высокого PCE 10,36% [19]. Кроме того, отличительной особенностью ITIC является длинноволновый спектральный отклик 600-800 нм по сравнению с коротковолновым и средневолновым откликом, присущим традиционным производным фуллерена. Следовательно, ITIC может подходить для комбинации с P3HT:PC 71 BM BHJ с чувствительностью 400–600 нм, которая может расширить диапазон фотодетектирования до длинноволнового диапазона для непрерывного эффективного фотодетектирования всего видимого спектра.

Таким образом, в этой работе ITIC впервые вводится в P3HT:PC 71 Обычная система BM для формирования широкополосных OPD. По сравнению с контрольным P3HT:ПК 71 BM OPD, тройная система смешения обеспечивает более широкий спектральный отклик. Между тем, настроив соотношение ITIC и PC 71 BM, соответственно, получаются широкополосные OPD, покрывающие всю видимую полосу от 380 до 760 нм, по сравнению с исходной полосой фотодетектирования 380–620 нм. Более того, из-за более широкой области сбора света, лучшей морфологии пленки, более эффективной передачи энергии и более низкого темнового тока оптимизирующие OPD показали высокую обнаружительную способность 2,12 × 10 12 Джонса и 2,67 × 10 12 Джонса на 560 нм и 710 нм соответственно.

Методы

Молекулярные структуры материалов активного слоя, использованные в данной работе, показаны на рис. 1а, а структура широкополосных OPD оксид индия и олова (ITO) / поли (3,4-этилендиокситиофен):полистиролсульфонат (PEDOT:PSS) (45 нм ) / P3HT:ПК 71 BM:ITIC (100 нм) / Bphen (5 нм) / Ag (80 нм) изображено на рис. 1b. Уровни энергии материалов активного слоя в широкополосных ОПР показаны на рис. 1в. Наименьшие незанятые молекулярные орбитали (НСМО) и самые высокие уровни занятых молекулярных орбиталей (ВЗМО) P3HT, ITIC и PC 71 BM следуют нормативному каскадному выравниванию, которое указывает на потенциально эффективный путь переноса заряда между ними. Bphen используется в качестве буферного слоя для улучшения способности переноса носителей заряда и уменьшения тушения фотоэкситонов на границе между активным слоем и катодом [20]. В противном случае HOMO Bphen выше, чем у активных материалов, которые можно использовать в качестве слоя, блокирующего дырки, для уменьшения темнового тока при обратном смещении.

а Химические структуры материалов активных слоев. б Устройство OPD. c Диаграмма уровня энергии OPD

Перед началом изготовления OPD подложки ITO последовательно очищали в ультразвуковой ванне каждые 10 мин с водно-детергентным раствором, ацетоновым растворителем, деионизированной водой и растворителем IPA соответственно [21]. После сушки в печи эти ITO-подложки обрабатывали кислородной плазмой в течение 20 мин. Затем PEDOT:PSS наносили центрифугированием при 3000 об / мин в течение 60 с на подложки ITO. После термического отжига при 150 ° C в течение 20 мин подложки перемещали в перчаточный бокс высокой чистоты (O 2 , H 2 O <1 ppm). P3HT, ПК 71 BM и ITIC растворяли в хлорбензоле с различным массовым соотношением. Общая концентрация этих материалов была зафиксирована на уровне 30 мг / мл -1 . , а также массовое соотношение донора (P3HT) и акцепторов (PC 71 BM, ITIC) был зафиксирован на уровне 1:1. Растворы активного слоя центрифугировали поверх слоя PEDOT:PSS при 2000 об / мин в течение 60 с. Затем смешанные пленки отжигали при 120 ° C в течение 10 мин. С последующим осаждением Ag в качестве анода при скорости осаждения 5 Å S −1 . Активная площадь этих OPD составляла 0,02 см 2 . .

Характеристики устройства

Поглощение в ультрафиолетовом и видимом (УФ-видимом) диапазоне измеряли с использованием системы спектроскопии Shimazu UV1700 UV-Vis. Стационарную фотолюминесценцию (PL) измеряли с помощью спектроскопии Hitachi F-7000 PL. Морфологию поверхности активных слоев характеризовали с помощью атомно-силового микроскопа (AFM, AFM 5500, Agilent, Tapping Mode, Chengdu, China). В качестве имитатора солнечного излучения AM 1.5 G использовался источник света с мощностью освещения 100 мВт / см −2 . . Плотность тока-напряжение ( Дж-В Кривые OPD в темноте и при освещении были измерены с помощью программируемого вольт-амперного источника Keithley 4200. Спектры EQE были получены при прохождении света ксеноновой лампы через монохроматор. Все параметры были измерены при комнатной температуре ( T =300 тыс.)

Результаты и обсуждение

Характеристика активных слоев

Спектры поглощения чистого P3HT, ПК 71 Фильмы BM и ITIC представлены на рис. 2а. ПК 71 BM может поглощать короткие волны от 350 до 550 нм. P3HT может использовать свет со средней длиной волны от 450 до 600 нм. А нефуллереновый акцептор электронов ITIC может осуществлять поглощение от 600 до 800 нм. Очевидно, что эти три материала активного слоя обладают благоприятным дополнением в полном видимом спектре. Таким образом, смешанные пленки обладают превосходным потенциалом для реализации полного видимого фотодетектирования. Более того, спектры поглощения активных слоев (P3HT:PC 71 BM:ITIC) с разными соотношениями изображены на рис. 2b. P3HT:ПК 71 Пленки BM демонстрируют благоприятную светопоглощающую способность от 400 до 600 нм, но после 600 нм поглощения в длинноволновой области почти не наблюдается. После введения ITIC новый пик поглощения генерируется от 600 до 750 нм из-за вклада ITIC. С постепенным увеличением включения ITIC, поглощающая способность смешанных пленок в длинноволновой области постепенно увеличивается, что способствует расширению длинноволнового детективного спектра P3HT:PC 71 Система управления БМ. Кроме того, интенсивность поглощения на коротких и длинных волнах можно эффективно регулировать, изменяя соотношение PC 71 BM и ITIC. В частности, сбалансированная интенсивность поглощения достигается, когда соотношение масс активного слоя составляет 1:0,5:0,5, что, очевидно, выгодно для уравновешивания фотодетектирования OPD одновременно на коротких и длинных волнах и реализации широкополосных OPD с полным видимым фотодетектированием. P>

а Поглощение чистого P3HT, ПК 71 Фильмы BM и ITIC. б Спектры поглощения активных слоев с разным соотношением

Чтобы исследовать влияние внедрения ITIC на перенос энергии в активных слоях, были проведены тесты стационарной фотолюминесценции (ФЛ). Как показано на рис. 3а, при возбуждении светом 500 нм чистые пленки P3HT и ITIC демонстрируют пики ФЛ при 640 нм и 760 нм соответственно. По сравнению с чистой пленкой P3HT, интенсивность ФЛ P3HT значительно снижена в пленке P3HT:ITIC, что указывает на наличие передачи энергии между P3HT и ITIC [22]. Аналогичным образом, излучение PL P3HT значительно подавляется легированием ПК 71 BM в P3HT:ПК 71 Пленка BM, которая указывает на аналогичную эффективную передачу энергии между P3HT и ПК 71 BM. Более того, при внедрении ITIC в P3HT:PC 71 Смесь BM, интенсивность ФЛ почти полностью гаснет, и кривая ФЛ тройной смешанной пленки находится ниже всех остальных кривых. Это означает, что и ITIC, и ПК 71 BM может согласованно передавать энергию в тройных пленках. Сделан вывод, что эффективность передачи энергии тройных пленок лучше, чем у бинарных пленок. В сочетании с тем фактом, что первый имеет более широкий диапазон поглощения света, чем второй, чтобы улавливать больше фотонов и вносить вклад в фототок, это указывает на P3HT:PC 71 BM:OPD ITIC могут иметь более высокий фототок, чем P3HT:PC 71 БМ OPD в теории.

а Спектры ФЛ пленок при возбуждении светом 500 нм. б JV характеристики электронных устройств

Чтобы исследовать влияние транспортных свойств носителей заряда с помощью ITIC, для количественной оценки подвижности была принята модель тока, ограниченного пространственным зарядом (SCLC). Электронные устройства были изготовлены со структурой ITO / ZnO (30 нм) / P3HT:PC 71 BM:ITIC (100 нм) / Bphen (5 нм) / Ag (80 нм). SCLC описывается уравнением Мотта – Герни [23]:

$$ J =\ frac {9} {8} {\ varepsilon \ varepsilon} _0 \ mu \ frac {V ^ 2} {d ^ 3} $$ (1)

где ε 0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, ε относительная диэлектрическая проницаемость органических материалов, μ - подвижность носителей заряда, V - приложенное напряжение, а d - толщина активных слоев. JV Характеристики в темноте для электронных устройств с разными активными слоями показаны на рис. 3b. Согласно формуле. (1) подвижность электронов устройств с различным соотношением составляет 1,48 × 10 −3 см 2 V -1 s −1 , 8,92 × 10 −4 см 2 V -1 s −1 , 7,89 × 10 −4 см 2 V -1 s −1 , 4,75 × 10 −4 см 2 V -1 s −1 , и 4,43 × 10 −4 см 2 V -1 s −1 , соответственно. С увеличением доли ITIC подвижность электронов устройства значительно уменьшается, поскольку подвижность электронов ITIC ниже, чем у PC 71 BM [24], что может вызвать уменьшение темнового тока OPD после введения ITIC [25].

Для OPD морфология поверхности активного слоя имеет большое влияние на перенос заряда и диссоциацию экситонов. Активный слой с благоприятной морфологией поверхности может подавлять рекомбинацию зарядов и улучшать фототок [26]. Следовательно, морфология поверхности активных слоев с различными соотношениями исследуется с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), которая изображена на рис. 4. Согласно изображению в высоту, поверхность P3HT:PC 71 Пленка BM:ITIC (1:1:0) имеет небольшую шероховатость, а ее среднеквадратичная шероховатость составляет около 0,932 нм. Из фазового изображения мы видим, что расположение молекул не совсем равномерное и упорядоченное. После легирования некоторой части ITIC в смесь (1:0,7:0,3, 1:0,5:0,5, 1:0,3:0,7) морфология поверхности активного слоя сильно изменяется, и среднеквадратичная шероховатость снижается до 0,690 нм, 0,634 нм, и 0.701 нм соответственно. Как видно из фазовых диаграмм, изменение RMS может быть связано с измененным агрегатным состоянием. По сравнению с P3HT:PC 71 Бинарная пленка BM, смешанные пленки, легированные ITIC, имеют более гладкую поверхность и более упорядоченное расположение молекул. Однако, когда соотношение смеси становится 1:0:1, RMS-шероховатость увеличивается до 1,386 нм, а морфология пленки становится недостаточно гладкой из-за гранулированной нежелательной молекулярной агрегации, которая может привести к увеличению рекомбинации заряда и низкому фототоку. Согласно результатам исследования АСМ, тройные смешанные пленки имеют лучшие морфологические характеристики, чем бинарные пленки, что связано с упорядоченным расположением молекул двух акцепторов, что снижает молекулярную агрегацию в тройных пленках.

Изображения высоты AFM ( a - е ) и фазовые изображения ( f - j ) из P3HT:ПК 71 BM:активные слои ITIC с различными соотношениями

Согласно спектрам поглощения активных слоев, длинноволновая полоса поглощения введенного ITIC должна иметь возможность эффективно расширять длинноволновый диапазон фотодетектирования OPD. Кроме того, внедрение ITIC также изменяет электрические свойства и морфологию поверхности активных слоев. С точки зрения SCLC, внедрение ITIC снижает подвижность электронов в активном слое, что, очевидно, уменьшит транспортную способность устройств. Это окажет такое же неблагоприятное воздействие на темновой ток и фототок. Однако внедрение ITIC также позволяет активному слою захватывать больше фотонов с длинной волны, чтобы внести свой вклад в фототок, что преодолевает неблагоприятное влияние низкой подвижности электронов на фототок в условиях освещения. Лучшая морфология пленки и более эффективная передача энергии в тройном активном слое также благоприятны для превосходного фототока. В заключение, темновой ток будет уменьшаться с добавлением ITIC, в то время как фототок будет регулярно меняться под влиянием различных факторов. Следовательно, необходимо подготовить OPD, состоящие из активных слоев с различными соотношениями для определения высокого фототока и низкого темнового тока, чтобы достичь превосходных характеристик фотодетектирования.

Эффективность OPD

На рисунке 5 показаны электрические параметры OPD с различным соотношением активных слоев. J-V Кривые ОПР в светлых и темных условиях представлены на рис. 5а. Как показано, ОПР с различным соотношением масс активного слоя имеют существенно разные фототок и темновой ток. Конкретно, как P3HT:PC 71 Соотношение BM:ITIC изменяется от 1:1:0 до 1:0,5:0,5, фототок продолжает увеличиваться, что вызвано расширенным диапазоном сбора света, эффективной передачей энергии и лучшей морфологией пленки в тройных смесях. И наоборот, как P3HT:PC 71 Соотношение BM:ITIC изменяется от 1:0,5:0,5 до 1:0:1, фототок продолжает снижаться. Однако темновой ток продолжает уменьшаться по мере увеличения отношения ITIC, что объясняется уменьшенной подвижностью электронов и неблагоприятным переносом носителей заряда, вызванным чрезмерным добавлением ITIC. Изменение тренда фототока и темнового тока согласуется с изменением свойств пленки, вызванным изменением тройных соотношений активных слоев. Характеристики отношения включения / выключения OPD исследуются на рис. 5b. OPD 1:0,5:0,5 показывают самые высокие отношения включения / выключения в области обратного смещения, чем другие OPD, демонстрируя гораздо лучшее свойство переключения, что связано с самым высоким фототоком и более низким темновым током.

а Дж - V характеристики OPD с различным соотношением в темных и светлых условиях. b Соотношения включения / выключения OPD. c Характеристики отклика / восстановления OPD при модуляции включения / выключения света. г Дж SC OPD в зависимости от силы света

Кроме того, чтобы убедиться, что OPD имеют стабильную и восстанавливаемую способность отклика, плотность тока как функция времени показана на рис. 5c для широкополосных OPD с различными соотношениями. Циклические токовые сигналы регистрировались при включении / выключении модуляции светового освещения. Каждый цикл составляет 20 с, время экспозиции 10 с, а общая продолжительность составляет 120 с. Результаты показывают, что ток каждого OPD значительно увеличивается при освещении и возвращается к исходному уровню после выключения света. Очевидно, что эти OPD обладают стабильными и повторяемыми характеристиками отклика / восстановления, что желательно для практических приложений [27].

Для дальнейшего исследования влияния отношения ITIC на рекомбинацию OPD в условиях освещения, Дж SC как функция силы света. В общем, степенная зависимость между J SC и я можно выразить как J SC Я α . Когда α приближается к 1, бимолекулярная рекомбинация относительно слабая [28, 29]. Как показано на рис. 5d, OPD с соотношением 1:1:0, 1:0,7:0,3 и 1:0,5:0,5 имеют аналогичные значения α, которые составляют 0,817, 0,797 и 0,803 соответственно. Это означает, что эти три OPD имеют одинаковый уровень бимолекулярной рекомбинации. Однако из-за внедрения ITIC больше длинноволновых фотонов поглощается тройными активными слоями, так что фототок OPD с умеренным легированием ITIC больше, чем у P3HT:PC 71 БМ OPD. При дальнейшем изменении тройных соотношений на 1:0,3:0,7 и 1:0:1 значения α снижаются до 0,713 и 0,680 соответственно. Это указывает на то, что большое количество легирования ITIC усиливает рекомбинацию и значительно снижает фототок.

Чтобы описать характеристики спектрального отклика OPD, кривые EQE OPD с различными P3HT:PC 71 Соотношения BM:ITIC показаны на рис. 6а. Некоторые параметры спектрального детектирования на разных длинах волн приведены в таблице 1. Устройство на основе бинарного P3HT:PC 71 Пленка BM показывает плоский пик EQE, охватывающий диапазоны 400–600 нм, связанный с поглощением P3HT и PC 71 BM. После внедрения нефуллерена, ITIC, в P3HT:PC 71 BM, кривая EQE широкополосных OPD простирается до 760 нм, и генерируется новый спектральный пик от 650 до 750 нм. Кроме того, относительную интенсивность отклика различных спектральных диапазонов можно настроить, изменив массовые отношения P3HT, PC 71 BM и ITIC. Судя по кривым EQE, синергизм между донором и акцептором при оптимальном соотношении масс 1:0,5:0,5 уравновешивает EQE на всей длине волны. Широкая и плоская кривая EQE интуитивно показывает, что широкополосные OPD, легированные ITIC, эффективно расширяют диапазон непрерывного оптического отклика до длинноволнового диапазона, охватывая весь видимый спектр 380–760 нм.

а Измеренные EQE-спектры OPD с различным соотношением. б Расчетное R значения OPD. c Вычислено D * значения OPD

Отзывчивость ( R ) описывает способность преобразования фотонов в носители заряда OPD, которая используется для определения способности светового отклика [30]. R рассчитывается как уравнение. (2):

$$ R \ left (\ lambda \ right) =\ frac {\ mathrm {EQE} \ left (\ lambda \ right) q} {hv} $$ (2)

где EQE - внешняя квантовая эффективность, q - заряд электрона, λ длина волны падающего света, h - постоянная Планка, а v частота света. Согласно формуле. (2) тенденция R зависит от EQE и λ когда другие параметры постоянны. Расчетные результаты R значения показаны на рис. 6b и в таблице 1. Подобно кривым EQE, OPD на основе 1:0,5:0,5 получают более высокое значение R чем другие OPD как в длинноволновом, так и в коротковолновом диапазоне. R значения оптимизации широкополосных OPD достигли 0,21 А Вт −1 и 0,25 А Вт −1 при 560 нм и 710 нм соответственно. Широкий R Кривая показывает, что широкополосные OPD, легированные соответствующим количеством ITIC, могут равномерно поглощать падающий свет полного видимого спектра и эффективно преобразовывать его в фототок.

Как наиболее важный параметр производительности OPD, D * используется для определения светочувствительности OPD. D * OPD можно определить как уравнение. (3):

$$ D \ ast \ left (\ lambda \ right) =\ frac {R \ left (\ lambda \ right)} {{\ left (2 {qJ} _d \ right)} ^ {1/2}} $$ (3)

Расчетные результаты D * показаны на рис. 6в. Для контрольных OPD на базе P3HT:ПК 71 BM, обнаруживаемость превышает 1.0 × 10 12 Джонса от 380 до 600 нм и достигает 1,67 × 10 12 Джонса на 560 нм. Для сравнения, легирование OPD компанией ITIC расширило эффективный диапазон фотодетектирования до полного видимого спектра 380–760 нм. В частности, обнаружительная способность полученных OPD с соотношением 1:0,5:0,5 достигла 2,12 × 10 12 Джонса и 2,67 × 10 12 Джонса на 560 нм и 710 нм соответственно. С одной стороны, диапазон фотодетектирования OPD был расширен за счет добавления ITIC. С другой стороны, обнаружительная способность оптимизирующих OPD в полном видимом спектре выше, чем у других OPD, что вызвано высоким фототоком и низким темновым током при оптимальном соотношении активного слоя.

Выводы

Таким образом, высокоэффективные OPD с полным фотодетектированием видимого света изготавливаются путем введения нефуллеренового акцептора ITIC в P3HT:PC 71 Система управления БМ. Три материала образуют дополнительный спектр, которые вместе эффективно создают широкополосный фотодетектор, охватывающий весь видимый спектр. Более того, OPD с соответствующим соотношением P3HT:PC 71 БМ:ITIC демонстрируют лучшую способность собирать фотоны, более низкий темновой ток, более эффективную передачу энергии и более благоприятную морфологию пленки для улучшения обнаружительной способности. Примечательно, что наш подход лаконичен, хорошо воспроизводится и масштабируется. Наша работа показывает, что выбор подходящего нефуллеренового акцептора электронов и бинарной системы для построения активного слоя с дополнительным спектром поглощения света является эффективным методом для получения высокопроизводительных широкополосных OPD, которые будут широко применяться в будущих исследованиях.

Доступность данных и материалов

Все данные полностью доступны без ограничений.

Сокращения

AFM:

Атомно-силовой микроскоп

BHJ:

Объемный гетеропереход

Bphen:

Батофенантролин

D *:

Обнаружение

EQE ::

Внешняя квантовая эффективность

HOMO:

Самая высокая занятая молекулярная орбиталь

ITIC:

3,9-Бис (2-метилен- (3- (1,1-дицианометилен) -инданон)) - 5,5,11,11-тетракис (4-гексилфенил) -дитиено [2,3d:2,3'-d ′] -S-индацено [1,2-b:5,6-b ′] дитиофен

ITO:

Оксид индия и олова

J d :

Плотность темнового тока

J-V :

Плотность тока-напряжение

LUMO:

Самая низкая незанятая молекулярная орбиталь

OPD:

Органические фотоприемники

OSC:

Органические солнечные элементы

P3HT:

Поли (3-гексилтиофен-2,5-диил)

ПК 71 БМ:

Метиловый эфир [6,6] -фенил-C71-масляной кислоты

PEDOT:PSS:

Поли (3,4-этилендиокситиофен):сульфонат полистирола

PL:

Стационарная фотолюминесценция

RMS:

Среднеквадратичное значение

УФ-видимый:

Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия


Наноматериалы

  1. Простой синтез гетероструктурированных WS2 / Bi2MoO6 как высокоэффективных фотокатализаторов, управляемых видим…
  2. Видимые световые фотокаталитические характеристики нанокомпозитов ZnO / g-C3N4, легированных азотом
  3. Аэрогель / серный композит с активированным углем с полианилиновым покрытием для высокопроизводительных лит…
  4. Нанокристалл Sb2O3, легированный S:эффективный катализатор в видимом свете для разложения органических веществ
  5. Высокопроизводительный автономный УФ-детектор на основе массивов наночастиц SnO2-TiO2
  6. Двумерные мезопористые микрочипы VO2 для высокопроизводительного суперконденсатора
  7. Принципы проектирования органических солнечных элементов с наночастицами, усиленными плазмонами
  8. Влияние подложки на длину волны и силу связи LSP
  9. Улучшенные чувствительные к видимому свету фотокаталитические свойства нанолистовых композитов Ag / BiPbO2Cl
  10. Трехслойная структура, обработанная решением для высокопроизводительного фотодетектора на перовските