Advancing Detectivity and Stability of Near-Infrared Organic Photodetectors via a Facile and Efficient Cathode Interlayer
Yu-Ching Huang, Tai-Yuan Wang, Zhi-Hao Huang,
and Svette Reina Merden Solante Santiago
ACS Appl. Mater. Interfaces 2024, 16, 21, 27576–27586
明志科技大學 材料工程系 黃裕清教授
近紅外光電感測器(photodetector，PD)可應用於光通訊、環境監測、生物醫學影像以及感測器領域的先進元件；大多商用之近紅外光電感測器以無機半導體材料為主，而近紅外有機光電感測器(organic photodetector，OPD)因其具備成本低、可調整能階以及可溶液製程等優於無機紅外感測器之特性，近年來獲得許多研究上的關注。然而，當有機材料的吸收進入近外波段中，由於能階較窄使得載子易於注入而導致暗電流提高，對於近紅外波段內的感測特性無法提升。本研究團隊透過以N,N’-Bis(N,N-dimethylpropan-1-amine oxide)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimide (PDINO)取代常用之Polyethylenimine ethoxylated（PEIE），並和氧化鋅混合作為近紅外有機光電感測器之電子傳輸層，成功有效地抑制暗電流並增強電荷傳輸。透過新型電子傳輸層製備的元件具有高響應度，在1000 nm處的探測率達到了∼1.1 × 1012 Jones，同時該波段之響應度提高至0.47 A/W。此外，經由PDINO改質製備之元件具有出色的穩定性。在暗儲存1000小時後，基於PEIE的有機光電感測器之暗電流增加了兩個數量級，而基於PDINO的有機光電感測器之暗電流幾乎保持不變，顯示PDION在未封裝情況下，作為有機光電感測器的電子傳輸層可貢獻穩定的暗電流與和感測特性。本研究不僅解決了傳統近紅外光有機光電感測器的缺點，並對於未來實現高性能近紅外有機光電感測器提供了廣闊的前景。