Entscheidender Schritt zu verbesserter Leistungsfähigkeit von Organischen Photodetektoren

Flexible organische Photodetektoren (OPDs) haben ein großes Potential für Anwendungen in kostengünstigen Bildgebungsverfahren, der Gesundheitsüberwachung und der Nahinfrarot-Sensorik
Christian Körner

Physiker des Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) haben entdeckt, dass Fallenzustände die Leistung von Organischen Photodetektoren bestimmen und letztlich deren maximale Detektivität einschränken. Diese vielversprechenden Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Organische Photodetektoren (OPDs) haben ein großes Anwendungspotential 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 dieser Detektoren noch entscheidend verbessert werden.

OPDs auf Basis von Donator-Akzeptor-Systemen können bereits eine externe photovoltaische Quanteneffizienz von nahezu 100% erreichen. Allerdings begrenzt das hohe Rauschen im Aus-Zustand ihre spezifische Detektivität und mindert dadurch die Leistung der Bauelemente.

Durch die Modellierung des Dunkelstroms mehrerer Donator-Akzeptor-Systeme entschlüsselt J. Kublitski das Zusammenspiel von Fallen und Ladungstransferzuständen als Quelle des Dunkelstroms und zeigt, dass Fallen die Dunkelstromerzeugung maßgeblich bestimmen.
Jonas Kublitski

Jonas Kublitski und seine Kolleginnen und Kollegen am Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials (IAPP) und am Institut für Angewandte Physik (IAP) der TU Dresden fanden nun 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 Physiker eine direkte Verbindung zwischen den Eigenschaften der Fallenzustände und dem Aus-Zustand der OPDs.

Aufbauend auf diesen experimentellen Ergebnissen konnte Herr Kublitski ein Modell entwerfen, das diesen Zusammenhang abbildet: „Indem wir den Dunkelstrom (das Rauschen) mehrerer Donator-Akzeptor-Systeme modellieren, zeigen wir, dass das Zusammenspiel zwischen Fallen- und Ladungstransferzuständen für erhöhten Dunkelstrom verantwortlich ist. 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. Diese Arbeit ist das Ergebnis von vier Jahren Forschung während meiner Promotion. Ich freue mich sehr, diese Ergebnisse mit der Öffentlichkeit teilen zu können, da die Ursache für die begrenzte Leistung der ODPs bisher unbekannt war.“

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Jonas Kublitski (English)
Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials
E-Mail: jonas.kublitski@tu-dresden.de
Tel. +49 351 463 43378

Dr. Johannes Benduhn (Deutsch)
Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Materials
E-Mail: johannes.benduhn@tu-dresden.de
Tel. +49 351 463 36446

Originalpublikation:

Kublitski, Jonas; Hofacker, Andreas; K. Boroujeni, Bahman; Benduhn, Johannes; C. Nikolis, Vasileios; Kaiser, Christina; Spoltore, Donato; Kleemann, Hans; Fischer, Axel; Ellinger, Frank; Vandewal, Koen; Leo, Karl. Reverse dark current in organic photodetectors and the major role of traps as source of noise, Nature Communications.
DOI: https://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-20856-z

Weitere Informationen:

https://tu-dresden.de/mn/physik/iap/optoelektronik/forschung/osens

https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/entscheidender-schritt-zu-verbesserter-leistungsfaehigkeit-von-organischen-photodetektoren

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