Published February 13, 2024
| Version v1
Publication
Open
Semitransparent Near‐Infrared Organic Photodetectors: Flexible, Large‐Area, and Physical‐Vapor‐Deposited for Versatile Advanced Optical Applications
Creators
- 1. TU Dresden
- 2. Heliatek (Germany)
- 3. Universidade Tecnológica Federal do Paraná
- 4. National University of Singapore
- 5. University of Parma
Description
Abstract Organic photodetectors (OPDs) have experienced remarkable performance improvements over the past decade thanks to significant advancements in organic material synthesis and device architecture engineering. In this study, high‐performance near‐infrared (NIR) OPDs with versatile advanced properties, including large detection areas, mechanical flexibility, and high transparency are realized. By incorporating a thin photo‐absorbing layer, functional blocking layers with a large energy gap, and semitransparent electrodes, the OPDs achieve an average visible transmittance (AVT) of up to 53.4% and color rendering index (CRI) of up to 95 within the human vision photopic response window of 380–780 nm. Both the small (6.44 mm 2 ) and large (256 mm 2 ) detection‐area semitransparent OPDs demonstrate an impressive external quantum efficiency (EQE) of 34% and 36%, and specific detectivity ( D *) of 1.4 × 10 13 and 1.1 × 10 12 Jones, respectively, comparable to silicon‐based inorganic photodetectors. As application demonstrations, OPDs with rigid and flexible substrates are employed for NIR imaging and biosensing, respectively. Notably, the flexible semitransparent OPDs are utilized as signal receivers in conjunction with semitransparent NIR organic light‐emitting diodes (OLEDs) operating as signal producers, demonstrating the feasibility of invisible optical communication. These OPDs represent the best‐performing see‐through devices with flexibility, making them promising candidates for integratable, bio‐compatible, and invisible optical‐sensing applications.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
شهدت أجهزة الكشف الضوئي العضوية المجردة تحسينات ملحوظة في الأداء على مدى العقد الماضي بفضل التقدم الكبير في تصنيع المواد العضوية وهندسة هندسة الأجهزة. في هذه الدراسة، يتم تحقيق عيادات خارجية عالية الأداء تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) ذات خصائص متقدمة متعددة الاستخدامات، بما في ذلك مناطق الكشف الكبيرة والمرونة الميكانيكية والشفافية العالية. من خلال دمج طبقة رقيقة لامتصاص الصور، وطبقات حجب وظيفية مع فجوة كبيرة في الطاقة، وأقطاب كهربائية شبه شفافة، تحقق منظمات ذوي الإعاقة متوسط نفاذية مرئية (AVT) يصل إلى 53.4 ٪ ومؤشر تجسيد اللون (CRI) يصل إلى 95 داخل نافذة الاستجابة الضوئية للرؤية البشرية من 380–780 نانومتر. تُظهر كل من العيادات الخارجية الصغيرة (6.44 مم 2 ) والكبيرة (256 مم 2 ) في منطقة الكشفشبه الشفافة كفاءة كمومية خارجية مثيرة للإعجاب (EQE) بنسبة 34 ٪ و 36 ٪، والكشف المحدد ( D *) 1.4 × 10 13 و 1.1 × 10 12 جونز، على التوالي، مقارنة بالكواشف الضوئية غير العضوية القائمة على السيليكون. كما هو موضح في التطبيق، يتم استخدام منظمات الأشخاص ذوي الإعاقة ذات الركائز الصلبة والمرنة لتصوير NIR والاستشعار الحيوي، على التوالي. والجدير بالذكر أن منظمات الأشخاص ذوي الإعاقة المرنة شبه الشفافة تُستخدم كأجهزة استقبال للإشارات جنبًا إلى جنب مع الصمامات الثنائية العضوية الباعثة للضوء شبه الشفافة (OLEDs) التي تعمل كمنتجة للإشارات، مما يدل على جدوى الاتصال البصري غير المرئي. تمثل منظمات ذوي الإعاقة هذه أفضل الأجهزة البصرية أداءً بمرونة، مما يجعلها مرشحة واعدة لتطبيقات الاستشعار البصري القابلة للتكامل والمتوافقة بيولوجيًا وغير المرئية.Translated Description (French)
Les photodétecteurs organiques abstraits (OPD) ont connu des améliorations de performances remarquables au cours de la dernière décennie grâce à des progrès significatifs dans la synthèse de matériaux organiques et l'ingénierie de l'architecture des dispositifs. Dans cette étude, des OPD proche infrarouge (NIR) hauteperformance avec des propriétés avancées polyvalentes, y compris de grandes zones de détection, une flexibilité mécanique et une transparence élevée sont réalisées. En incorporant une fine couche photoabsorbante, des couches de blocage fonctionnelles avec un grand écart énergétique et des électrodes semi-transparentes, les OPD atteignent une transmittance visible moyenne (AVT) allant jusqu'à 53,4 % et un indice de rendu des couleurs (IRC) allant jusqu'à 95 dans la fenêtre de réponse photopique de la vision humaine de 380–780 nm. Les OPD semi-transparents de petite surface de détection (6,44 mm 2 ) et de grande surface de détection (256 mm 2 ) démontrent une efficacité quantique externe (EQE) impressionnante de 34 % et 36 %, et une détectivité spécifique ( D *) de 1,4 × 10 13 et 1,1 × 10 12 Jones, respectivement, comparables aux photodétecteurs inorganiques à base de silicium. Comme démonstrations d'application, des OPD avec des substrats rigides et flexibles sont utilisés pour l'imagerie NIR et la biodétection, respectivement. Notamment, les OPD semi-transparents flexibles sont utilisés comme récepteurs de signaux en conjonction avec des diodes électroluminescentes organiques NIR semi-transparentes (OLED) fonctionnant comme des producteurs de signaux, démontrant la faisabilité d'une communication optique invisible. Ces OPD représentent les dispositifs transparents les plus performants avec une flexibilité, ce qui en fait des candidats prometteurs pour des applications de détection optique intégrables, biocompatibles et invisibles.Translated Description (Spanish)
Resumen Los fotodetectores orgánicos (OPD) han experimentado notables mejoras de rendimiento en la última década gracias a los avances significativos en la síntesis de materiales orgánicos y la ingeniería de la arquitectura del dispositivo. En este estudio, se realizan OPD deinfrarrojo cercano (NIR) de alto rendimiento con propiedades avanzadas versátiles, que incluyen grandes áreas de detección, flexibilidad mecánica y alta transparencia. Al incorporar una capa delgada defotoabsorción, capas de bloqueo funcional con una gran brecha de energía y electrodos semitransparentes, las OPD logran una transmitancia visible promedio (AVT) de hasta 53.4% y un índice de reproducción cromática (CRI) de hasta 95 dentro de la ventana de respuesta fotópica de visión humana de 380–780 nm. Tanto las OPD semitransparentes de área de detección pequeña (6,44 mm 2 ) como las de área grande (256 mm 2 ) demuestran una impresionante eficiencia cuántica externa (EQE) de 34% y 36%, y una detectividad específica ( D *) de 1,4 × 10 13 y 1,1 × 10 12 Jones, respectivamente, comparable a los fotodetectores inorgánicos basadosen silicio. Como demostraciones de aplicación, se emplean OPD con sustratos rígidos y flexibles para imágenes NIR y biosensores, respectivamente. En particular, los OPD semitransparentes flexibles se utilizan como receptores de señales junto con diodos emisores de luz orgánicos NIR semitransparentes (OLED) que funcionan como productores de señales, lo que demuestra la viabilidad de la comunicación óptica invisible. Estos OPD representan los dispositivos transparentes de mejor rendimiento con flexibilidad, lo que los convierte en candidatos prometedores para aplicaciones de detección óptica integrables, biocompatibles e invisibles.Files
adfm.202313689.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:40b994e12043361f51877d93ae3baccf
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- أجهزة الكشف الضوئي العضوية شبه الشفافة القريبة من الأشعة تحت الحمراء: مرنة وكبيرة المساحة وبخار فيزيائي مودع للتطبيقات البصرية المتقدمة متعددة الاستخدامات
- Translated title (French)
- Photodétecteurs organiques infrarouges proches semi-transparents : dépôt de vapeur flexible, de grande surface et physique pour des applications optiques avancées polyvalentes
- Translated title (Spanish)
- Fotodetectores orgánicos semitransparentes deinfrarrojo cercano: flexibles, deárea grande y con depósito devapor físico para aplicaciones ópticas avanzadas y versátiles
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4391779117
- DOI
- 10.1002/adfm.202313689
References
- https://openalex.org/W1969531391
- https://openalex.org/W2002308994
- https://openalex.org/W2013796926
- https://openalex.org/W2031328249
- https://openalex.org/W2052351374
- https://openalex.org/W2132217428
- https://openalex.org/W2229604786
- https://openalex.org/W2580498825
- https://openalex.org/W2621854213
- https://openalex.org/W2755667000
- https://openalex.org/W2766705293
- https://openalex.org/W2809169798
- https://openalex.org/W2883927063
- https://openalex.org/W2896144750
- https://openalex.org/W2896783098
- https://openalex.org/W2914425312
- https://openalex.org/W2939381771
- https://openalex.org/W2947586232
- https://openalex.org/W2965005743
- https://openalex.org/W2972559297
- https://openalex.org/W2984963111
- https://openalex.org/W2987219171
- https://openalex.org/W3011043145
- https://openalex.org/W3019900940
- https://openalex.org/W3021127822
- https://openalex.org/W3040143232
- https://openalex.org/W3086498072
- https://openalex.org/W3093172075
- https://openalex.org/W3093738392
- https://openalex.org/W3096122204
- https://openalex.org/W3106910914
- https://openalex.org/W3122539105
- https://openalex.org/W3124257166
- https://openalex.org/W3130539620
- https://openalex.org/W3133882039
- https://openalex.org/W3134689939
- https://openalex.org/W3156239976
- https://openalex.org/W3158285163
- https://openalex.org/W3166507477
- https://openalex.org/W3167157037
- https://openalex.org/W3184146505
- https://openalex.org/W3188805955
- https://openalex.org/W3204106611
- https://openalex.org/W3210913156
- https://openalex.org/W4287510068
- https://openalex.org/W4322743113
- https://openalex.org/W4366827979
- https://openalex.org/W4378640152
- https://openalex.org/W4380356544
- https://openalex.org/W4384007329