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High-Sensitivity Visible–Near Infrared Organic Photodetectors Based on Non-Fullerene Acceptors
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-03-31 , DOI: 10.1021/acsami.0c00191 Guanghong Liu 1 , Tengfei Li 2 , Xiaowei Zhan 2 , Hongbin Wu 1 , Yong Cao 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2020-03-31 , DOI: 10.1021/acsami.0c00191 Guanghong Liu 1 , Tengfei Li 2 , Xiaowei Zhan 2 , Hongbin Wu 1 , Yong Cao 1
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Highly sensitive solution-processed organic photodetectors (OPDs) with a broadband response ranging from visible to near infrared (NIR) and excellent overall device performance are demonstrated. The OPDs were fabricated from a blend consisting of a wide-band gap polymer donor and a newly developed fused octacylic small-molecule electron acceptor with an acceptor–donor–acceptor structure, which shows relatively high and balanced hole/electron mobility and allows for a thicker photo-active layer (∼300 nm). In conjunction with the use of an optimized inverted device structure, the dark current density of the OPDs was suppressed to an ultralow level of (8.3 ± 5.5) × 10–10A cm–2 at a bias of −1 V and the capability to direct weak light intensity is down to 0.24 pW cm–2; both are among the lowest reported values for OPDs. Owing to the low shot noise enabled by the inverted structure and the low thermal noise due to the high shunt resistance of the device, the obtained OPDs show a spectrally flat photoresponse in the range of 350–950 nm (UV–vis–NIR) and a maximal specific detectivity (D*) of (2.1 ± 0.1) × 1013 Jones at 800–900 nm, which are among the best results of NIR OPDs reported to date and represents a highly sensitive photodetector for weak optical signal detection. Besides, the OPDs show a wide bandwidth of 30 kHz, a fast temporal response time around 12 us ∼14 us, and a large linear dynamic range of 106 dB.
中文翻译：
基于非富勒烯受体的高灵敏度可见光-近红外有机光电探测器
展示了高灵敏度的溶液处理有机光电探测器（OPD），其宽带响应范围从可见光到近红外（NIR），以及出色的整体设备性能。OPD由宽带隙聚合物供体和新开发的具有受体-供体-受体结构的熔融八环小分子电子受体的混合物组成，具有相对较高的平衡空穴/电子迁移率，并允许较厚的光敏层（约300 nm）。结合使用优化的反向器件结构，可将OPD的暗电流密度抑制到-1 V偏置下的（8.3±5.5）×10 –10 A cm –2的超低水平。直接弱光强度降至0.24 pW cm –2; 两者均是OPD报告的最低值。由于倒置结构可实现低散粒噪声，并且由于器件的高分流电阻而产生的低热噪声，获得的OPD在350-950 nm（UV-vis-NIR）范围内显示出光谱平坦的光响应。在800-900 nm处的最大比检测率（D *）为（2.1±0.1）×10 13 Jones，这是迄今为止报道的近红外OPD的最佳结果之一，它代表了用于弱光信号检测的高灵敏度光电检测器。此外，OPD具有30 kHz的宽带宽，12 us到14 us左右的快速时间响应时间以及106 dB的较大线性动态范围。
更新日期：2020-04-01
中文翻译：
基于非富勒烯受体的高灵敏度可见光-近红外有机光电探测器
展示了高灵敏度的溶液处理有机光电探测器（OPD），其宽带响应范围从可见光到近红外（NIR），以及出色的整体设备性能。OPD由宽带隙聚合物供体和新开发的具有受体-供体-受体结构的熔融八环小分子电子受体的混合物组成，具有相对较高的平衡空穴/电子迁移率，并允许较厚的光敏层（约300 nm）。结合使用优化的反向器件结构，可将OPD的暗电流密度抑制到-1 V偏置下的（8.3±5.5）×10 –10 A cm –2的超低水平。直接弱光强度降至0.24 pW cm –2; 两者均是OPD报告的最低值。由于倒置结构可实现低散粒噪声，并且由于器件的高分流电阻而产生的低热噪声，获得的OPD在350-950 nm（UV-vis-NIR）范围内显示出光谱平坦的光响应。在800-900 nm处的最大比检测率（D *）为（2.1±0.1）×10 13 Jones，这是迄今为止报道的近红外OPD的最佳结果之一，它代表了用于弱光信号检测的高灵敏度光电检测器。此外，OPD具有30 kHz的宽带宽，12 us到14 us左右的快速时间响应时间以及106 dB的较大线性动态范围。
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