I fototransistor organici (OPT) sono ampiamente utilizzati nel monitoraggio ambientale/sanitario, comunicazione quantistica, rilevamento chimico/biomedico, telecomando, sorveglianza, e sensori di immagine poiché sono leggeri, basso costo, altamente efficiente e rispettoso dell'ambiente.

L'effetto di carica interfacciale è molto cruciale per gli OPT ad alta sensibilità. Gli OPT convenzionali a strati e ibridi soffrono di compromessi nel bilanciare la separazione, trasporto, e ricombinazione di cariche fotogenerate.

Il prof. Li Jia e Gao Yuanhong degli Istituti di tecnologia avanzata di Shenzhen (SIAT) dell'Accademia cinese delle scienze e i loro collaboratori hanno sviluppato una nuova architettura a strati ibridi per migliorare le prestazioni complessive di fotorilevamento dei fototransistor organici sfruttando contemporaneamente i vantaggi della carica- effetto intrappolamento e trasporto efficiente del vettore. I loro risultati sono stati pubblicati in Materiale avanzato .

La struttura del nuovo fototransistor a strati ibridi (HL-OPT) è costituita da uno strato di canale semiconduttore organico ad alta mobilità per il trasporto veloce di vettori, uno strato fotoattivo di eterogiunzione organica bulk (BHJ), e uno strato intermedio inorganico ultrasottile inserito nel mezzo.

Gli eccitoni generati nello strato fotoattivo si sono dissociati in elettroni e lacune nel donatore/accettore BHJ. Gli elettroni generati sono stati prontamente intrappolati dagli accettori vicini e sono stati iniettati buchi nello strato del canale per aumentare la concentrazione di portatori.

È stato scelto un intercalare inorganico per migliorare ulteriormente l'iniezione di lacune e bloccare gli elettroni, successivamente sopprimendo la ricombinazione elettrone-lacuna. Di conseguenza, combinando le virtù dell'effetto di intrappolamento della carica e del trasporto veloce del vettore, un miglioramento significativo delle prestazioni complessive di fotorilevamento è stato ottenuto dall'HL-OPT.

Per valutare le potenziali applicazioni dell'HL-OPT ad alte prestazioni, i ricercatori hanno fabbricato i dispositivi su substrati flessibili e hanno confermato la loro eccellente flessibilità. Nel frattempo, i dispositivi sono stati inoltre integrati in una matrice unidimensionale e hanno dimostrato l'affidabilità dell'HL-OPT nei sistemi di imaging fotosensibile. "Queste prove di successo rendono l'HL-OPT particolarmente attraente per applicazioni in dispositivi optoelettronici flessibili e indossabili, " ha detto il prof. Li.

Questo lavoro fornisce nuove informazioni sulla progettazione e l'ottimizzazione di fotorilevatori ad alte prestazioni, che abbracciano le gamme dell'ultravioletto e del vicino infrarosso, e suggerisce argomenti fondamentali relativi alle proprietà elettroniche e fotoniche dei dispositivi.

"Un altro punto interessante è che questo fotorilevatore organico può essere potenzialmente fabbricato utilizzando tecniche di stampa, che ridurrebbe ulteriormente i costi di lavorazione, " ha detto Li. "Spero che questo lavoro possa fornire al mercato una soluzione promettente per i fotorilevatori combinando sia alte prestazioni che bassi costi".