Organische Fototransistoren auf der Überholspur
Neuer Fototransistortyp erreicht sehr hohe Empfindlichkeit und Responsivität.
Die effiziente Umwandlung von Licht in elektrische Signale ist für die elektronische Bildgebung, optische Kommunikationstechnologien und biomedizinische Sensorik von zentraler Bedeutung. Forscher des physikalischen Institutes und des Centrums für Nanotechnologie (CeNTech) um Harald Fuchs von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun in Kooperation mit chinesischen Partnern ein neuartiges Konzept für molekulare Fototransistoren entwickelt, um Licht mit bisher unerreichter Effizienz im elektrische Signale umzuwandeln.
Fototransistoren stellen wichtige Baueinheiten in der Optoelektronik dar, um Licht einzufangen und in elektrische Signale umzuwandeln. Speziell für die Entwicklung von biegsamen und faltbaren elektronischen Komponenten sind organische Fototransistoren (OFT) von besonderem praktischem Interesse. Neben ihrer mechanischen Flexibilität sind sie leicht, preiswert und verhältnismäßig einfach großflächig herstellbar. Durch die gezielte Änderung der molekularen Struktur lassen sich die physikalischen Eigenschaften in weiten Bereichen präzise einstellen.
Die bisher bekannten Entwicklungen organischer OFT lagen mit ihrer Leistungsfähigkeit stets hinter der von anorganischen oder Hybrid-Systemen. Die Hauptursache hierfür liegt in der niedrigen Beweglichkeit der Ladungsträger in organischen, fotoresponsiven Materialien, die die Effizienz des Ladungstransports und Fähigkeit, Ladungsträger effizient einzufangen, beeinträchtigt.
Der neue Ansatz der Forscher basiert auf der Nutzung von kleinen Molekülen – 2, 6-Diphenylanthrazen (DPA) – anstelle von langen Polymerketten. Diese Moleküle besitzen eine stark fluoreszierende Anthrazen-Einheit als halbleitenden Kern und Phenylgruppen, welche die Ladungsträgermobilität und die optoelektronischen Eigenschaften optimieren. Die so hergestellten Fototransistoren weisen eine hohe Fotoempfindlichkeit, Fotoresponsivität und Detektivität auf. „Die erreichten Werte überragen diejenigen aller anderen bekannten OFT und gehören zu den besten aller bisher bekannten Fototransistoren, in vielen Bereichen sogar denen der anorganischen“, erläutert Deyang Ji, der die neuen Fototransistoren im physikalischen Institut der WWU hergestellt hat und Hauptautor der Veröffentlichung ist.
Saeed Amirjalyer, Gruppenleiter am CeNTech und Co-Autor der Arbeit, ergänzt: „Durch die Kombination der experimentellen Daten mit Simulationen konnten wir die hohen Leistungsdaten der entwickelten Fototransistoren quantitativ verstehen, was eine gezielte Optimierung ermöglicht.“ Durch die geeignete Wahl organischer Moleküle und physikalischer Grundlagenforschung konnte so eine wichtige Brücke zur technologischen Anwendung im Bereich der Sensorik oder Datenübertragung geschlagen werden.
WWU / DE
