Organic Ternary Bulk Heterojunction Broadband Photodetectors Based on Nonfullerene Acceptors with a Spectral Response Range from 200 to 1050 nm

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作者
Siyuan Weng,Man Zhao,Dayong Jiang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (37): 20676-20685 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c06405
摘要

Compared with the electron donor of the bulk heterojunction (BHJ) organic/inorganic photodetectors (OPDs), there is less development in the field of electron acceptors that have strong absorption capacity in the visible light and near-infrared (NIR) region, which hinders the further research and development of OPDs. As a traditional acceptor, fullerene has limited electronic tunability and weak visible light absorption, which limits the optical absorption and electron tunability properties required by the donor. In this work, a novel low-band-gap nonfullerene acceptor (NFA) sodium indocyanine green (Ir-125) is introduced, blended with a fullerene derivative acceptor [6,6]-phenyl C61-butyric acid methyl ester (PC61BM) and a conjugate polymer donor poly(3-hexylthiophene) (P3HT), to form ternary BHJ-active layers, forming a high-performance BHJ OPD with ultrawide spectral response from the ultraviolet (200 nm) to visible light to NIR (1050 nm) region. Here, the high-performance OPD exhibits complementary absorption on the scale of exciton diffusion length and is uniformly mixed with the pure phases. The OPD has high external quantum efficiency (132%) and high detectivity (9.07 × 1012 Jones), which is much higher than those of P3HT:PC61BM, which are 58% and 3.62 × 1012 Jones, respectively, and also, OPDs show an increase in the photocurrent to dark current ratio (Iphoto/Idark) by one order of magnitude. The generation of the balanced photocurrent between the donor and NFA eliminates the undesirable limitation on the donor imposed by fullerene derivatives and expand the response range of the BHJ OPD, which opens up a new avenue toward a higher efficiency and wider response range for the OPDs.
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