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Efficient hole extraction and dark current suppression in organic photodetectors enabled by atomic-layer-deposition of ultrathin Co3O4 interlayers
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-06-08 , DOI: 10.1039/d3tc00866e Ke Lu 1 , Yuanhong Gao 1 , Zhenhui Wang 1 , Xinwei Wang 1 , Hong Meng 1
Journal of Materials Chemistry C ( IF 5.7 ) Pub Date : 2023-06-08 , DOI: 10.1039/d3tc00866e Ke Lu 1 , Yuanhong Gao 1 , Zhenhui Wang 1 , Xinwei Wang 1 , Hong Meng 1
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Transition-metal oxides are widely used to improve the power conversion efficiencies of organic or perovskite solar cells because their chemical and electronic properties can be tuned to enable charge exchange with a wide variety of semiconductor materials. In this work, the atomic-layer-deposition of ultrathin Co3O4 anode interlayers which are used as hole transporting/electron blocking layers in organic photodetectors is investigated. Incident light loss and carrier transport loss could be minimized due to the ultrashort transport path. It is found that the highly smooth Co3O4 interlayer with a deep valence band of 5.3 eV and a shallow conduction band of 1.6 eV effectively promotes photogenerated charge extraction and suppresses the electron injection under reverse bias, resulting in a significantly improved photodetection performance. At an optimal Co3O4 thickness of 1 nm, the dark current of the Co3O4 device is almost 1 order of magnitude lower than that of the PEDOT:PSS device. As a result, we have demonstrated a P3HT:PC61BM-based device with a low dark current of 2.5 nA cm−2 and a high detectivity of 1013 Jones at −1 V bias, which are higher than those of the commercial silicon-based photodiodes. Such ultrathin charge blocking layers are proved to be versatile in reducing the dark current for devices with NIR-absorbing NFA.
中文翻译：
通过超薄 Co3O4 中间层的原子层沉积实现有机光电探测器中的高效空穴提取和暗电流抑制
过渡金属氧化物被广泛用于提高有机或钙钛矿太阳能电池的功率转换效率，因为可以调整它们的化学和电子特性以实现与各种半导体材料的电荷交换。在这项工作中，研究了在有机光电探测器中用作空穴传输/电子阻挡层的超薄 Co 3 O 4阳极夹层的原子层沉积。由于传输路径超短，入射光损失和载流子传输损失可以最小化。发现高度平滑的 Co 3 O 4具有5.3 eV的深价带和1.6 eV的浅导带的中间层有效地促进了光生电荷提取并抑制了反向偏压下的电子注入，从而显着提高了光电探测性能。在 1 nm 的最佳 Co 3 O 4厚度下，Co 3 O 4器件的暗电流几乎比 PEDOT:PSS 器件低 1 个数量级。因此，我们展示了一种基于 P3HT:PC 61 BM 的器件，其暗电流低至 2.5 nA cm -2，检测率高至 10 13Jones 在 -1 V 偏压下，高于商用硅基光电二极管。这种超薄电荷阻挡层被证明在减少具有 NIR 吸收 NFA 的器件的暗电流方面具有多种用途。
更新日期：2023-06-08
中文翻译：
通过超薄 Co3O4 中间层的原子层沉积实现有机光电探测器中的高效空穴提取和暗电流抑制
过渡金属氧化物被广泛用于提高有机或钙钛矿太阳能电池的功率转换效率，因为可以调整它们的化学和电子特性以实现与各种半导体材料的电荷交换。在这项工作中，研究了在有机光电探测器中用作空穴传输/电子阻挡层的超薄 Co 3 O 4阳极夹层的原子层沉积。由于传输路径超短，入射光损失和载流子传输损失可以最小化。发现高度平滑的 Co 3 O 4具有5.3 eV的深价带和1.6 eV的浅导带的中间层有效地促进了光生电荷提取并抑制了反向偏压下的电子注入，从而显着提高了光电探测性能。在 1 nm 的最佳 Co 3 O 4厚度下，Co 3 O 4器件的暗电流几乎比 PEDOT:PSS 器件低 1 个数量级。因此，我们展示了一种基于 P3HT:PC 61 BM 的器件，其暗电流低至 2.5 nA cm -2，检测率高至 10 13Jones 在 -1 V 偏压下，高于商用硅基光电二极管。这种超薄电荷阻挡层被证明在减少具有 NIR 吸收 NFA 的器件的暗电流方面具有多种用途。
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