大面积柔性有机光电二极管可与硅器件竞争
柔性大面积有机光电二极管的性能已经发展到现在可以提供优于传统硅光电二极管技术的优势，特别是对于需要检测大面积低水平光的生物医学成像和生物特征监测等应用。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替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扩大大面积应用时可能会很昂贵。有机器件在可见光谱中的性能可与刚性硅光电二极管相媲美——除了响应时间。
“我们所取得的成就是，这些设备由低温溶液制成，每秒可以检测到少至几十万光子的可见光，这与从一颗恒星到达我们眼睛的光强度相似。黑暗的天空，”乔治亚理工学院电气与计算机工程学院首席研究科学家 Canek Fuentes-Hernandez 说。 “将这些材料涂覆到具有任意形状的大面积基板上的能力意味着，在需要数十微秒范围内响应时间的应用中，柔性有机光电二极管现在比最先进的硅光电二极管具有一些明显的优势。”
有机电子器件基于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溶液和喷墨打印技术来制造，而不是使用传统电子产品制造中涉及的昂贵和复杂的工艺。该技术现已广泛应用于显示器、太阳能电池和其他设备。
有机光电二极管使用聚乙烯亚胺，这是一种含胺聚合物表面改性剂，被发现可在乔治亚理工学院 Joseph M. Pettit 教授 Bernard Kippelen 的实验室开发的光伏器件中产生空气稳定的低功函数电极。聚乙烯亚胺的使用也被证明可以生产具有低水平暗电流的光伏器件——即使在黑暗中也能流过器件的电流。这意味着该材料可用于光电探测器，用于捕捉可见光的微弱信号。
新设备的一个应用是现在放置在手指上的脉搏血氧仪，以测量心率和血氧水平。有机光电二极管可以允许将多个设备放置在身体上，并在比传统设备少 10 倍的光下工作。这可以使可穿戴健康监测器产生改进的生理信息和连续监测，而无需频繁更换电池。其他潜在应用包括人机界面，例如非接触式手势识别和控制。
未来的应用是通过闪烁检测电离辐射——当被高能粒子撞击时，荧光粉发出的闪光。降低可以检测到的光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。检测车辆或货物集装箱发出的辐射需要较大的检测面积，有机光电二极管比硅光电二极管阵列更容易制造。
有机光电二极管在 X 射线设备中可能具有类似的优势，医生希望在 X 射线设备中使用尽可能低的辐射水平，以最大限度地减少传递给患者的剂量。再次强调，灵敏度、大面积和灵活的外形应该使有机光电二极管比硅基阵列更具优势。
有机光电二极管可以显示几十飞安范围内的电子噪声电流值和几百飞瓦的噪声等效功率值。有机光电二极管的关键性能因素可与硅媲美，但响应时间方面除外，研究人员正在努力将其提高一百倍以实现未来的应用。
“有机薄膜比硅更有效地吸收光，因此吸收光所需的总厚度非常小，”Kippelen 说。 “即使你扩大它们的面积，你的探测器的总体积仍然很小，有机物。如果增加硅探测器的面积，就会得到更大体积的材料，在室温下会产生大量电子噪声。”
Kippelen 实验室制造的光电二极管使用厚度仅为 500 纳米的有源层。一克这种材料，大约指尖那么大，可以覆盖一张办公桌的表面。
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