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Highly Sensitive Resonance-Enhanced Organic Photodetectors for Shortwave Infrared Sensing
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2024-03-11 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02296 Hoang Mai Luong 1, 2 , Chokchai Kaiyasuan 1, 3 , Ahra Yi 1, 4 , Sangmin Chae 1, 2 , Brian Minki Kim 1 , Patchareepond Panoy 1, 3 , Hyo Jung Kim 4 , Vinich Promarak 3 , Yasuo Miyata 5 , Hidenori Nakayama 5 , Thuc-Quyen Nguyen 1, 2
ACS Energy Letters ( IF 19.3 ) Pub Date : 2024-03-11 , DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02296 Hoang Mai Luong 1, 2 , Chokchai Kaiyasuan 1, 3 , Ahra Yi 1, 4 , Sangmin Chae 1, 2 , Brian Minki Kim 1 , Patchareepond Panoy 1, 3 , Hyo Jung Kim 4 , Vinich Promarak 3 , Yasuo Miyata 5 , Hidenori Nakayama 5 , Thuc-Quyen Nguyen 1, 2
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Shortwave infrared (SWIR) sensing has various applications, including night vision, remote sensing, and medical imaging. SWIR organic photodetectors (OPDs) offer advantages such as flexibility, cost-effectiveness, and tunable properties; however, lower sensitivity and limited spectral coverage compared to inorganic counterparts are major drawbacks. Here, we propose a simple yet effective and widely applicable strategy to extend the wavelength detection range of the OPD to a longer wavelength, using a resonant optical microcavity. We demonstrate a proof-of-concept in PTB7-Th:COTIC-4F blend system, achieving external quantum efficiency (EQE) > 50% over a broad spectrum (450–1100 nm) with a peak specific detectivity (D*) of 1.1 × 1013 Jones at λ = 1100 nm, while speed and linearity are preserved. By employing a small-molecule-acceptor IR6, EQE = 35% and D* = 4.1 × 1012 Jones are obtained at λ = 1150 nm. This research emphasizes the importance of optical design in optoelectronic devices, proposing a simpler method to broaden the photodetection range compared with traditional approaches using narrow optical gap absorbers.
中文翻译：
用于短波红外传感的高灵敏度共振增强有机光电探测器
短波红外 (SWIR) 传感具有多种应用，包括夜视、遥感和医学成像。 SWIR 有机光电探测器 (OPD) 具有灵活性、成本效益和可调特性等优势；然而，与无机对应物相比，其灵敏度较低和光谱覆盖范围有限是主要缺点。在这里，我们提出了一种简单而有效且广泛适用的策略，使用谐振光学微腔将 OPD 的波长检测范围扩展到更长的波长。我们在 PTB7-Th:COTIC-4F 混合系统中进行了概念验证，在广谱 (450–1100 nm) 内实现外量子效率 (EQE) > 50%，峰值比探测率 ( D *) 为 1.1 × 10 13 Jones at λ = 1100 nm，同时保持速度和线性度。通过使用小分子受体IR6，在λ=1150nm处获得EQE=35%和D *=4.1×10 12琼斯。这项研究强调了光学设计在光电器件中的重要性，提出了一种比使用窄光学间隙吸收器的传统方法更简单的方法来拓宽光电检测范围。
更新日期：2024-03-11
中文翻译：
用于短波红外传感的高灵敏度共振增强有机光电探测器
短波红外 (SWIR) 传感具有多种应用，包括夜视、遥感和医学成像。 SWIR 有机光电探测器 (OPD) 具有灵活性、成本效益和可调特性等优势；然而，与无机对应物相比，其灵敏度较低和光谱覆盖范围有限是主要缺点。在这里，我们提出了一种简单而有效且广泛适用的策略，使用谐振光学微腔将 OPD 的波长检测范围扩展到更长的波长。我们在 PTB7-Th:COTIC-4F 混合系统中进行了概念验证，在广谱 (450–1100 nm) 内实现外量子效率 (EQE) > 50%，峰值比探测率 ( D *) 为 1.1 × 10 13 Jones at λ = 1100 nm，同时保持速度和线性度。通过使用小分子受体IR6，在λ=1150nm处获得EQE=35%和D *=4.1×10 12琼斯。这项研究强调了光学设计在光电器件中的重要性，提出了一种比使用窄光学间隙吸收器的传统方法更简单的方法来拓宽光电检测范围。
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