Organischen Photodetektoren mit verbesserter Leistungsfähigkeit

Organische Photodetektoren, kurz OPDs, haben ein großes Anwendungs­potenzial für innovative Bild­gebungs­verfahren, in der Gesundheits­über­wachung und der Nah­infrarot-Sensorik, denn sie werden in kleinsten, kosten­günstigen, flexiblen und bio­kompatiblen Bau­elementen verbaut. Bevor diese Anwendungen jedoch industriell produziert werden können, muss die Leistung der Detektoren noch entscheidend verbessert werden. OPDs auf Basis von Donator-Akzeptor-Systemen können bereits eine externe photo­voltaische Quanten­effizienz von nahezu hundert Prozent erreichen. Allerdings begrenzt das hohe Rauschen im Aus-Zustand ihre spezifische Detektivität und mindert dadurch die Leistung der Bauelemente.

Jonas Kublitski und seine Kollegen von der TU Dresden fanden jetzt heraus, dass das hohe Rauschen im Aus-Zustand eine Folge von unerwünschten Fallen­zuständen ist, die sich nahe der Mitte der Band­lücke von organischen Halb­leitern befinden. Durch die Messung der Fallen­zustands­anzahl schließen die Forscher eine direkte Verbindung zwischen den Eigen­schaften der Fallen­zustände und dem Aus-Zustand der OPDs.

Aufbauend auf diesen experi­mentellen Ergeb­nissen konnte Kublitski ein Modell entwerfen, das diesen Zusammen­hang abbildet. „Indem wir den Dunkel­strom mehrerer Donator-Akzeptor-Systeme modellieren, zeigen wir, dass das Zusammen­spiel zwischen Fallen- und Ladungs­transfer­zuständen für erhöhten Dunkel­strom verant­wort­lich ist“, so der Forscher. Damit dominieren die Fallen­zustände die Dunkel­strom­erzeugung und sind somit der wichtigste limitierende Faktor der OPD-Detektivität. Dieser neu entdeckte Zusammen­hang klärt nicht nur die Funktions­weise von OPDs, sondern eröffnet auch neue Wege für weitere Forschungs­ansätze auf diesem Gebiet.

TU Dresden / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  J. Kublitzki et al.: Reverse dark current in organic photodetectors and the major role of traps as source of noise, Nat. Commun. 12, 551 (2021); DOI: 10.1038/s41467-020-20856-z
• Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials, Institut für angewandte Physik, Technische Universität Dresden