先进的全彩图像传感器:同时进行能量收集和成像

有机光伏器件(OPV)可用于收集室内光线能量,有机光电探测器(OPD)可以利用室内光线进行成像。有机光电技术的吸引力越来越高,被认为是低功耗室内电子设备和无线物联网(IoT)传感器理想的节能解决方案。

有机光伏器件(OPV)可用于收集室内光线能量,有机光电探测器(OPD)可以利用室内光线进行成像。

有机光电技术的吸引力越来越高,被认为是低功耗室内电子设备和无线物联网(IoT)传感器理想的节能解决方案。这主要是由于跟传统硅基器件相比,有机光电器件重量轻,且具有优异的灵活性。尤其值得关注的是该领域的领先代表:有机光伏器件(OPV)和有机光电探测器(OPD)。

即使在极低的光照条件下,有机光伏器件也具有吸收能量并发电的卓越能力,而有机光电探测器则能够捕获图像。尽管它们潜力巨大,但迄今为止,它们的开发一直是独立进行的。它们还没有达到下一代微型器件实用化所需要的效率水平。

据麦姆斯咨询报道,韩国科学技术研究院(KIST)光电子材料与器件中心的Min-Chul Park博士和Do Kyung-Hwang博士、高丽大学电气工程学院的Jae Won Shim教授和Tae Geun Kim教授、梨花女子大学化学与纳米科学系的Jae Hong Park教授领导的一支联合研究团队,开发了一种整合有机光伏器件和有机光电探测器的新型有机光电子器件。

这项研究利用多组分光活性结构,开发了一种具有高效能量收集和传感能力的自供电双功能传感器件。经过器件优化,通过量化电荷载流子动力学,提高了自由电荷产生率,使刚性和柔性有机光伏器件在室内条件下(LED 1000 lx,5200 K)的输出功率密度分别超过了81和76 µW/cm²。

这种创新器件集成了有机光伏器件和有机光电探测器功能,能够在弱光环境应用中实现可视化图像,从而提高了器件在室内环境中的能效。

通过将有机半导体层设计为多组分结构,研究团队提高了器件的性能。在室内环境中,它实现了令人印象深刻的光电转换效率(超过32%),以及超过130 dB的线性动态范围。这种对比度的显著提高(尤其是在弱光条件下),与传统硅基器件(通常提供100 dB的线性动态范围)相比,可以获得更清晰的图像。

这项研究成果已发表于Advanced Materials期刊。

(a)室内光源的光谱照度;(b)利用四种光源(蓝色、绿色、红色和红外)进行图像扫描的实验装置。

该合作研究团队成功应用单像素图像传感,取得了进一步进展。该图像传感器能够捕获环境光,将其转换为电能,并利用收集的能量进行成像。

与之前在弱光环境下需要特种相机不同,研究人员新开发的光电探测器具有多组分半导体层,提供了一种结合能量收集和成像的多功能平台。它不仅可以用作传统相机,还可以作为窗户或墙壁上的装饰件,提供足够的分辨率来识别物体的形状和运动。

多组分半导体层

KIST的Min-chul-Park博士强调了这项技术的多功能性,他指出:“虽然目前它主要用作能量收集器,但是,它也能用于在弱光环境中检测运动并识别运动模式。”

他补充表示:“这项成果不仅有助于推动人机交互(HCI)研究,而且,对于智能家居等各个行业都有巨大的应用前景。”

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