Efficient Near-Infrared Organic Photodetectors with Spectral Response up to 1600 nm for Accurate Alcohol Concentration Detection

材料科学 光电流 光电子学 近红外光谱 光电探测器 活动层 聚合物太阳能电池 响应度 纳米技术 光学 图层(电子) 能量转换效率 物理 薄膜晶体管
作者
Xin Yu,Hui Lin,Zeyu He,Xiaoyang Du,Zhenhua Chen,Gang Yang,Caijun Zheng,Silu Tao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (13): 16918-16929 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.2c22724
摘要

The development of near-infrared organic photodetectors (NIR-OPDs) in 1000-1700 nm is essential for medical monitoring, food quality inspection, machine vision, and biomedical imaging. However, when solving the high dark current density (JD) in bulk-heterojunction (BHJ) NIR-OPDs based on narrow-bandgap systems, it is often accompanied by photocurrent loss, which is a great challenge in achieving high-performance NIR-OPDs. Here, an ideal hybrid pseudo-PHJ (planar-heterojunction)/BHJ structure is proposed to overcome this challenge, which is introducing the N2200 layer between the cathode and BHJ. The introduction of the N2200 raises the external charge injection barrier and reduces the trap density, thus achieving significant suppression of JD (6.22 × 10-7 A cm-2 at -0.2 V bias, about 2 orders of magnitude lower compared to the BHJ NIR-OPDs). Meanwhile, the hybrid structure combines the advantages of PHJ and BHJ, thus maintaining a high photocurrent, resulting in responsivity and detectivity of 18.71 mA W-1 and 4.19 × 1010 Jones, respectively, at 1400 nm at -0.2 V bias, which is superior to the performance of BHJ NIR-OPDs. And the hybrid structured NIR-OPDs are proven to rapidly quantify the alcohol content of mixtures to within 2% accuracy, which exhibits great potential for application in the food and pharmaceutical industries.
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