柔性大面积有机光电二极管的性能已经发展到可以比传统硅光电二极管技术提供优势的程度，特别是在生物医学成像和生物特征监测等需要检测大面积低亮度光的应用领域。
低噪声、溶液处理、灵活的有机器件提供了使用任意形状的大面积光电二极管来取代传统硅光电二极管所需的复杂阵列的能力，而传统硅光电二极管在大面积应用中的扩展成本可能很高。有机器件在可见光光谱中提供的性能与硬质硅光电二极管相当--但响应时间除外。
佐治亚理工学院电气和计算机工程学院(School Of Electric And Computer Engineering)首席研究科学家卡内克·福恩特斯(Canek Fuentes)说，“我们所取得的第一项成果是，这些设备是由低温溶液产生的，每秒能探测到几十万光子的可见光，类似于从一颗恒星在黑暗天空中射入我们眼睛的光的大小。”将这些材料涂覆在具有任意形状的大面积衬底上的能力意味着，在需要响应时间在几十微秒范围内的应用中，柔性有机光电二极管现在比最先进的硅光电二极管提供了一些明显的优势。
大面积低噪声有机光电二极管的发展和性能在11月6日的期刊上作了介绍。
科学
。这项研究得到了多个组织的支持，包括海军研究室、空军科学研究局和美国能源部国家核安全管理局。
有机电子器件是由碳基分子或聚合物制成的材料，而不是传统的无机半导体，如硅。这些设备可以使用简单的解决方案和喷墨打印技术来制造，而不是传统电子产品制造中所涉及的昂贵而复杂的工艺。这项技术现在广泛应用于显示器、太阳能电池和其他设备。
有机光电二极管使用聚乙烯亚胺，这是一种含有胺的聚合物表面改性剂，用于在伯纳德·基普伦(BernardKippelen)，约瑟夫·M·佩蒂特(JosephM.Pettit)乔治亚理工学院教授的实验室开发的光伏器件中产生空气稳定、低工作功能的电极。使用聚乙烯亚胺也被证明能产生低水平暗电流的光伏器件--即使在黑暗中，电流也会流过一个装置。这意味着这种材料可以用于光电探测器，捕捉微弱的可见光信号。
该论文的第一作者Fuentes-Hernandez说：“这些年来，暗电流水平大大降低，以至于测量设备不得不重新设计，以检测相当于百万分之一秒内一个电子涨落的电子噪声。”该论文的第一作者Fuentes-Hernandez说。“这项工作反映了Kippelen集团六年多来持续不断的团队努力，也包括了最近毕业的Talha Kahn和文房周的部分博士工作。这些集体努力产生了展示具有这种性能的有机光电二极管所需的科学见解。”
这种新设备的一个应用是现在放在手指上的脉搏血氧计，用来测量心率和血氧水平。有机光电二极管可允许将多个器件放置在机体上，并以比传统器件少10倍的光工作。这可以使可穿戴健康监视器产生更好的生理信息和连续监测，而不需要频繁更换电池。其他潜在的应用包括人机接口，如非接触式手势识别和控制。
未来的应用是用闪烁探测电离辐射--一种在被高能粒子击中时由荧光粉发出的闪光。降低可以探测到的光的水平将提高设备的灵敏度，使其能够检测到较低水平的辐射。探测车辆或货物容器发出的辐射需要一个大的探测器面积，这将比从硅光电二极管阵列更容易制造有机光电二极管。
有机光电二极管在X光设备上也有类似的优势，医生们希望使用尽可能小的辐射水平，以尽量减少给病人的剂量。在这里，灵敏度，大面积，灵活的形状因素应该给予有机光电二极管一个优势，比硅基阵列。
“我们正致力于改善光电探测器的响应时间，因为生产快速光电探测器将使许多其他重要应用成为可能，”Fuentes-Hernandez说。“我们确实需要开发更可扩展的光电探测器技术，这项工作的动机之一是推进我们所知道的具有成本效益的有机技术。”
该有机光电二极管可以显示几十个飞秒范围内的电子噪声电流值和几百个飞秒的噪声等效功率值。有机光电二极管的关键性能因素与硅相比，除了在响应时间方面，研究人员正在进行100倍的改进，以使未来的应用成为可能。
Kippelen说：“因为我们使用的是用印刷技术从油墨中加工出来的材料，所以它们不像水晶材料那样有序。”“因此，载流子的移动性和通过这些材料的载流子的速度都较低，因此你无法获得与硅相同的快速信号。但对于许多应用程序来说，你不需要皮秒或纳秒的响应时间。”
对于Kippelen来说，光电二极管的工作显示了25年来改善有机电子材料性能的努力的结果。这项工作是佐治亚理工学院有机光子学和电子学中心的一部分，它涉及广泛的设备建模，以了解基础科学，以及不断提高材料性能的研究。
“有机薄膜比硅更有效地吸收光，所以你需要吸收光的总厚度非常小，”Kippelen说。“即使你放大它们的面积，你的探测器的整体体积仍然很小。如果你增加硅探测器的面积，你就会有更大体积的材料在室温下产生大量的电子噪音。”
基普伦实验室制作的光电二极管使用的有源层只有500纳米厚。一克的材料，大约有指尖大小，可以覆盖办公桌的表面。
Kippelen希望
科学
纸张将有助于为有机半导体打开新的大门。
他说：“像这样的进步将使我们能够改变传统的观念，即改用有机材料会导致可伸缩的设备，这将意味着放弃性能。”“我们不能预料到所有新的应用程序都可以通过这一进步来实现。”
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