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内容

台湾阳明交大陈方中教授团队突破性窄频光侦测器:低偏压下实现高外量子效率,引领深红光感测新纪元

Enlitech-顶尖团队评分!

摘要

有机光侦测器 (OPDs) 因其低成本、机械柔性和高消光系数等优势,近年来在科学研究领域中备受关注。传统上,窄频 OPDs 需要高偏压才能获得自滤光功能,这限制了其在实际应用中的潜力。阳明交通大学光电系陈方中教授团队,凭借着对光电材料与器件的深入研究,开发了一个新颖的 光电倍增窄频 (PMN) 概念,利用伪双层结构来实现 深红光的高性能自滤光功能,并在 低偏压 下取得了惊人的 外量子效率 (EQE) 表现。这项突破性研究发表在 Advanced Optical Materials 期刊上,为开发高性能窄频 OPDs 提供了一种全新的设计思路,为未来的 深红光感测 应用开辟了新的可能性。 

陈教授团队巧妙地利用了光电倍增的原理,设计了一个伪双层结构的 OPDs,由光子滤光 (PF) 和光电倍增 (PM) 层组成。PF 层吸收短波长的光子,只允许特定窄波段的光子穿过进入 PM 层,从而触发光电倍增效应。透过这种独特的设计,研究团队成功地让 OPDs 在低偏压 (–5.0 V) 下,于 680 nm 波长处获得了高达 5840% EQE,这是在低偏压下窄频 OPDs 中取得的最高 EQE 值之一。 

论文的关键发现

PMN 概念的核心在于巧妙地结合了 PF PM 的功能,使得 OPDs 能够在低偏压下实现高性能的窄频光感测。PF 的作用是筛选特定波长的光子,让深红光更容易穿透进入 PM 层。当深红光照射到 PM 层时,会产生 光电倍增效应,让 OPDs EQE 显著提升。 

Fig1

Figure 1. a) Device architecture of the PM-type narrowband OPDs. b) The energy levels of the organic materials used in this work. c) JV curves of the PM-type narrowband OPDs measured in the dark and under illumination (AM1.5G, 100 mW cm2). d) Working mechanism for the OPDs proposed in this study. 

Fig3

Figure 3. a) EQE and b) responsivity spectra at various external biases for the PM-type narrowband OPDs. 

这项研究中,光焱科技 (Enlitech) 研发的高精度光电参数量测设备QE-R 量测系统发挥了重要的作用,帮助研究团队精准地量测了 OPDs EQE 光谱,证明了 PMN 概念的有效性,为研究团队的分析和验证提供了可靠的基础。 

 

除了高 EQE 值之外,研究团队还取得了其他重要的科技参数突破: 

  1. 窄频带宽 (FWHM) 54 nm 
  2. 3 dB 带宽: 5.2 kHz 
  3. 最大侦测度 (D)* 2.60 × 1013 Jones 

研究成果的影响

这些成果意味着,陈教授团队开发的 PMN 窄频 OPDs 不仅能有效地侦测深红光,而且能够在低偏压下实现高速响应和高灵敏度,为深红光感测在生物医学、生物成像和遥感等领域的应用提供了重要的技术基础。 

深红光感测在生物医学领域有着广泛的应用。例如,深红光可以穿透生物组织,在生物成像中提供更深层的信息。此外,深红光还可以用于光动力疗法,杀死癌细胞。在遥感领域,深红光可以被用于监测植物生长、环境污染等。 

陈教授团队的研究表明,通过合理的设计和利用先进的量测设备,可以实现高性能、低偏压、窄频 OPDs,为光电领域的发展做出重大贡献。这项研究也为其他研究团队提供了宝贵的借鉴,为开发更先进的光电材料和器件指明了方向。 

原文出处

Advanced Optical Materials, First published: 20 May 2024 

https://doi.org/10.1002/adom.202400662 

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