Ein Forschungsprojekt der Technischen Universität Dresden hat einen neuen organischen Photodetektor (OPD) entwickelt, der auf einem einzigen organischen Halbleitermaterial basiert. Diese innovative Herangehensweise verspricht eine vereinfachte Struktur sowie herausragende Leistungsfähigkeit, was eine schnellere und kostengünstigere industrielle Herstellung ermöglicht, ohne die Sensitivität der Geräte zu beeinträchtigen.
Traditionell bestehen organische Solarzellen (OSZ) und OPDs aus mehreren Schichten, wobei die photoaktive Schicht für die Absorption von Licht und die Generierung freier Ladungsträger verantwortlich ist. In der Vergangenheit erforderte dies die Kombination zweier organischer Absorbermoleküle, was Herausforderungen in der Fertigung und Langzeitstabilität mit sich brachte. Unter der Leitung von Dr. Johannes Benduhn, einer erfahrenen Wissenschaftlerin im Bereich organischer Elektronik, hat das Forschungsteam jedoch einen Durchbruch erzielt, indem es einen OPD entwickelt hat, der eine photoaktive Schicht aus nur einem organischen Halbleitermaterial verwendet.
Messbare Fortschritte
Der neue OPD erreicht eine beeindruckende interne Quanteneffizienz von 20 Prozent und bietet eine hohe Sensitivität von D* = 1013 Jones, welche vergleichbar mit kommerziellen Siliziumdetektoren ist. Dies zeigt, dass organische Photodetektoren nicht nur für Forschungslabors, sondern auch für industrielle Anwendungen attraktiv sind. Die ultraschnelle transienter Absorptionsspektroskopie, durchgeführt in Zusammenarbeit mit der Universität Bern, belegt, dass die Ladungsträger innerhalb weniger als einer Pikosekunde generiert werden. Diese Ergebnisse wurden durch quantenchemische Berechnungen der Technischen Universität München zusätzlich unterstützt.
Die Vielseitigkeit organischer Halbleiter bietet zahlreiche Vorteile. Dank ihrer flexiblen Eigenschaften können sie gezielt für spezifische Anwendungen modifiziert werden. Aktuelle Forschung umfasst neue Materialien und Gerätetechnologien, die darauf abzielen, Photonen im nahen Infrarot effizient zu detektieren. So könnte beispielsweise die Integration in ein Nahinfrarotspektrometer im Zentimeterbereich vorangetrieben werden.
Zukunftsaussichten und Herausforderungen
Obwohl die neuen OPDs vielversprechend sind, erfordert die industrielle Umsetzung deren Verwendung etablierter Herstellungsverfahren und die Lösung bestehender Herausforderungen. Eine sorgfältige Untersuchung der Grundlagen des mörderischen Dunkelstroms ist entscheidend, um die Performance weiter zu optimieren. Der Markt für Photodetektoren, der traditionell von Silizium- und InGaAs-Geräten dominiert wird, könnte durch die Vorteile organischer Photodetektoren revolutioniert werden.
Quellen berichten, dass organische Photodetektoren schon jetzt als kostengünstige Lösung für verschiedene Anwendungen, darunter auch die Überwachung der Lebensmittelqualität und die industrielle Produktion, angesehen werden. In einer jüngsten Veröffentlichung in „Materials Horizons“ wird die Fortschrittlichkeit der OPDs hervorgehoben, die in ihrer Leistung sogar mit anorganischen Photodetektoren konkurrieren können.
Die Ergebnisse der Arbeit sind in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht und belegen das Potenzial, das in organischen Photodetektoren steckt. Angesichts der fortschrittlichen Technologien und Materialien ist die breite Anwendung dieser Geräte in der Sensorik und Photonik nicht nur realistisch, sondern auch sehr vielversprechend.