Organischen Photodetektoren mit verbesserter Leistungsfähigkeit
Rauschen im Aus-Zustand eine Folge von unerwünschten Fallenzuständen.
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
