High-Performance All-Polymer Photodetectors via a Thick Photoactive Layer Strategy

光活性层 材料科学 响应度 暗电流 光电子学 光电探测器 比探测率 图层(电子) 聚合物 电子迁移率 活动层 聚合物太阳能电池 纳米技术 能量转换效率 复合材料 薄膜晶体管
作者
Zhiming Zhong,Kang Li,Jiaxin Zhang,Lei Ying,Ruihao Xie,Gang Yu,Fei Huang,Yong Cao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (15): 14208-14214 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsami.9b02092
摘要

To achieve high detectivity in all-polymer photodetectors (all-PPDs), a thick-film photoactive layer is favored because it can effectively suppress the dark current density. However, if the photoactive layer of the film is too thick, it leads to reduced responsivity owing to increased recombination loss. We developed high-performance all-PPDs by using a narrowband-gap p-type polymer NT40 and an n-type polymer poly{[ N, N'-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis(dicarboximide)-2,6-diyl]- alt-5,5'-(2,2'bithiophene)} as the photoactive layer. The high charge carrier mobility of both copolymers enabled a photoactive layer thickness of 300 nm, leading to an ultralow dark current density of 4.85 × 10-10 A cm-2, a detectivity of 2.61 × 1013 Jones, a high responsivity of 0.33 A W-1 at 720 nm, and a bias of -0.1 V. The detectivity achieved >1013 Jones in a wide range from 360 to 850 nm, which is among the highest values so far reported for all-PPDs without extra gains. More importantly, the resultant all-PPDs exhibited a high working frequency over 10 kHz associated with a large linear dynamic range. These findings demonstrate great potential for practical applications of the all-PPDs developed in this work.
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