基于有机光电晶体管的激子扩散长度测量新方法：消除电极与电荷干扰的创新研究

针对传统光电方法测量有机半导体激子扩散长度(Exciton Diffusion Length)时存在的电极干扰和电荷-激子相互作用误差，研究人员提出了一种基于有机场效应晶体管(OFET)的创新测量技术。通过将待测薄膜与光电晶体管集成，实现了激子生成扩散与光载流子传输的物理隔离，测得酞菁锡(SnPc)薄膜激子扩散长度为14.03±2.76 nm。该方法为有机光电器件优化提供了更精准的表征手段。

　　

在有机光电器件领域，激子扩散长度是决定器件性能的核心参数之一。传统测量方法面临两大技术瓶颈：采用垂直二极管结构时，金属电极会引发界面激子淬灭(Exciton Quenching)和金属原子渗透；同时光生载流子与激子的相互作用(Charge-Exciton Interaction)会导致测量误差。这些问题严重制约了有机太阳能电池、光电探测器等器件的精准优化。

针对这一技术难题，兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室的研究团队在《Organic Electronics》发表创新成果。他们巧妙地将待测有机薄膜整合到底栅有机场效应晶体管(OFET)中，构建了激子生成扩散层(EGD Layer)与电荷传输层物理分离的新型测试结构。通过引入超薄C₆₀
受体层实现激子解离，利用850 nm近红外光选择性激发酞菁锡(SnPc)薄膜，结合栅压调控光电流响应，建立了无电极接触、无电场干扰的激子扩散测量新范式。

关键技术包括：1）构建三明治结构OFET器件，包含SnPc激子扩散层、C₆₀
电荷分离层和并五苯传输层；2）采用波长选择性激发避免多层材料的光吸收干扰；3）通过栅压调节载流子浓度分离激子扩散与电荷传输过程。

【Analysis and experimental methods】部分显示，研究团队设计的器件结构中，SnPc层仅负责激子生成和扩散，通过C₆₀
层的低LUMO能级实现激子解离，产生的空穴注入并五苯通道层形成光电流。这种设计使激子扩散过程完全独立于电荷传输路径。

【Results and discussions】揭示：SnPc薄膜在878 nm处显示特征吸收峰，而C₆₀
和并五苯在近红外区无吸收，确保850 nm激发光仅作用于SnPc层。转移特性曲线表明，在V_GS
=-40 V时器件呈现典型p型特性，光电流响应与激子扩散距离呈指数关系，通过建模计算获得14.03±2.76 nm的扩散长度值，与文献报道结果高度吻合。

该研究的突破性在于：首次实现激子扩散过程的"三无"测量——无电极接触避免金属淬灭效应，无电场干扰排除外加场影响，无电荷相互作用保证激子浓度准确。这不仅为有机半导体材料表征提供了新方法，更为设计高性能有机光电器件提供了关键参数指导。特别是对于近红外响应的有机光电探测器开发，该方法能精准优化活性层厚度，推动有机电子学领域向精准化设计迈进。研究获得浙江省自然科学基金和教育部重点实验室的联合支持，相关技术有望成为有机光电材料表征的新标准。