Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Органические фотодиоды могут быть намного больше, чем их кремниевые аналоги. Слева кремниевый фотодиод в сравнении с двумя органическими фотодиодами большей площади. Предоставлено: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech
Органические фотодиоды могут быть намного больше, чем их кремниевые аналоги. Слева кремниевый фотодиод в сравнении с двумя органическими фотодиодами большей площади. Предоставлено: Canek Fuentes-Hernandez, Georgia Tech

Преимущества гибких органических фотодиодов над кремниевыми аналогами

Исследования

Опубликовано: 14.11.2020

Обновлено: 14.11.2020

 679

Органические электронные устройства основаны на материалах, изготовленных из молекул или полимеров на основе углерода, а не на обычных неорганических полупроводниках, таких как кремний. Эти устройства можно изготавливать с использованием простых решений и технологий струйной печати вместо применения дорогостоящих и сложных процессов, связанных с производством традиционной электроники

Производительность гибких органических фотодиодов большой площади выросла до такой степени, что они стали обладать большими практическими преимуществами, чем традиционные кремниевые фотоэлементы, особенно в таких областях, как биомедицинская визуализация и биометрический мониторинг, где необходима повышенная чувствительность фотоматериала большой площади к слабому световому излучению.

Гибкие органические устройства с низким уровнем создаваемых помех (шума), изготавливаемые с помощью растворов, дают возможность производства фотодиодов произвольной формы и большой площади для замены сложных масштабируемых матриц, которые бы потребовались в случае использования обычных кремниевых фотоэлементов. Органические гибкие устройства обеспечивают производительность, сопоставимую с жесткими кремниевыми фотодиодами в видимой части света, за исключением времени отклика.

«То, что было достигнуто, - это первая демонстрация того, что устройства, созданные с помощью растворов при низких температурах, чувствительны всего к несколько сотням тысячам фотонов видимого света, падающих на них каждую секунду, что сопоставимо с силой света, достигающего человеческий глаз от одной звезды в ночном небе». «Возможность наносить эти материалы на подложки большой площади и произвольной формы означает, что гибкие органические фотодиоды теперь обладают некоторыми явными преимуществами перед современными кремниевыми фотоэлементами».

Органические электронные устройства основаны на материалах, изготовленных из молекул или полимеров на основе углерода, а не на обычных неорганических полупроводниках, таких как кремний. Эти устройства можно изготавливать с использованием простых решений и технологий струйной печати вместо применения дорогостоящих и сложных процессов, связанных с производством традиционной электроники. В настоящее время эта технология широко используется в изготовлении дисплеев, солнечных элементов и других устройств.

В органических фотодиодах используется полиэтиленимин, аминосодержащий модификатор поверхности полимера, который, как было обнаружено, позволяет производить устойчивые к воздуху электроды для фотоэлектрических устройств. Использование полиэтиленимина позволяет производить фотоэлектрические устройства с низким уровнем темнового тока - электрического тока, который возникает в фотоэлектрических устройствах даже в темноте. Это означает, что этот материал может с пользой применяться в фотодетекторах для улавливания слабых сигналов видимого света.

«С годами уровни темнового тока снизились настолько, что пришлось модернизировать измерительное оборудование, чтобы можно было обнаруживать электронный шум, соответствующий колебаниям одного электрона за одну миллионную долю секунды». «Эти усилия привели к научным открытиям, которые необходимы для появления органических фотодиодов с достаточным уровнем производительности».

Одно из применений полученных устройств - пульсоксиметры, которые надевают на пальцы для измерения частоты сердечных сокращений и уровня кислорода в крови. Органические фотодиоды позволят разместить на теле несколько приборов, которым необходимо для работы в 10 раз меньше светового излучения, чем обычным. Это позволяет носимым устройствам мониторинга здоровья предоставлять улучшенную и непрерывную физиологическую информацию без частой замены батареи. Другие применения включают человеко-машинные интерфейсы, предназначенные для распознавания жестов.

Одним из будущих применений станет обнаружение ионизирующего излучения с помощью сцинтилляции - вспышки света, излучаемой люминофором при столкновении с частицей высокой энергии. Более низкий уровень света, который может быть обнаружен, улучшит чувствительность устройств, позволяя им фиксировать более низкие уровни излучения. Для обнаружения излучения, испускаемого транспортными средствами или грузовыми контейнерами, требуется большая площадь детектора, которую было бы легче сделать из органических фотоэлементов, чем из массивов кремниевых фотодиодов.

Органические фотодиоды могут быть более предпочтительны при использовании в рентгеновском оборудовании, где необходимо минимизировать возможный уровень облучения пациентов. Здесь опять же, чувствительность, большая площадь и гибкий форм-фактор должны предоставить органическим фотодиодам преимущество перед матрицами на основе кремния.

«Сейчас ведется работа над улучшением времени отклика фотодетектора, потому что это позволит существенно расширить область их применения». «Существует реальная потребность в разработке технологий изготовления фотодетекторов, которые были бы более масштабируемыми».

Органические фотодиоды могут показывать значения тока электронного шума в диапазоне десятков фемтоампер и эквивалентной его мощности в несколько сотен фемтоватт. Ключевые показатели производительности органических фотодиодов сопоставимы с кремниевыми, за исключением времени отклика, значение которого планируется уменьшить в сто крат, чтобы расширить возможности их применения в будущем.

«Органические тонкие пленки поглощают свет более эффективно, чем кремний, поэтому общая толщина, необходимая для поглощения одно и того же количества света, оказывается намного меньше». «Даже если увеличить их площадь, общий размер детектора из-за наличия органических веществ останется небольшим. Если увеличить площадь кремниевого детектора, то общий объем материалов в этом случае сильно увеличится, и при комнатной температуре они будут создавать много электронных помех».

В органических гибких фотодиодах, изготовленных в лаборатории, используется фотоактивный слой толщиной всего 500 нанометров. Грамм материала размером с кончик пальца может покрыть поверхность офисного стола.

 

Связанная статья журнала Science:

https://doi.org/10.1126/science.aba2624

 

Источник: Georgia Institute of Technology

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Идея конструкции космической солнечной энергетической установки SunTower. Предоставлено НАСА. Источник: Wikimedia Commons

Сбор солнечной энергии в космосе для потребителей на Земле

Обновлено: 17.06.2020
 817
Фото: Commonwealth Fusion Systems (@CFS_energy) | Twitter

Высокотемпературные сверхпроводники для ядерного синтеза

Обновлено: 10.09.2021
 1734
Экспериментальная двухэлектродная установка, в которой происходит имитация освещения фотоэлектрохимической ячейки солнечным светом. KATARZYNA SOKÓL

Искусственный фотосинтез и производство солнечного топлива

Обновлено: 13.06.2020
 988

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Недавние публикации

    Звуковые эффекты в зданиях напрямую зависят от материалов, из которых сделаны потолки, стены, двери и другие ограждающие конструкции. Фото: Rockfon

    Звукопоглощение, звукоизоляция и фоновый шум в зданиях

    Обновлено: 26.07.2022  636
    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  640
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  606

    Популярные категории

    • Твердотопливные котлы и печи, камины34
    • Оборудование и материалы85
    • Системы отопления и охлаждения55
    • Вентиляция и кондиционирование28
    • Водоснабжение и водоотведение23

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2023 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.