一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器及制备方法，属于有机半导体薄膜光电探测器领域；有机光电探测器包括从下至上依次设置的基板、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极，所述基板包括从下至上设置的衬底和透明导电阴极，所述光活性层包括分布均匀的薄膜，所述薄膜由混合配制的电子给体材料、电子受体材料和有机磁性材料经过磁场效应旋涂工艺制成；本发明专利技术采用磁场旋涂工艺制备掺杂有机磁性材料的光活性层，解决现有采用一般旋涂工艺制备的活性层薄膜厚度不均匀导致有机光电探测器性能差的问题，达到了提高光电流密度、减小暗电流，提高器件性能的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器及制备方法
本专利技术属于有机半导体薄膜光电探测器领域，尤其是一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器及制备方法。
技术介绍
有机光电探测器是利用具有光电效应的材料制成的能够实现光电转换的传感器；传统的光探测器是用无机半导体材料制成，存在制作工艺复杂、成本高、不适于做大面积器件等缺点；有机半导体材料因具有高效的光敏感、质轻、价廉、加工性能优异等特点得到广泛的应用，其有利于制备小体积、低功耗和低成本的探测器件，能够弥补无机光探测器中普遍存在的设备昂贵、工艺复杂等缺陷；有机半导体材料为有机光探测器件的发展和创新提供了很大的可选择性，根据需要可合成具有相应光电特性的新材料，在天文学、环境监测、分光和医学检测仪器等领域广泛应用。现有有机光电探测器在反型器件中旋涂活性层时，使用P3HT：PC71BM作为活性层，再溶剂退火形成活性层薄膜；一方面，在旋涂活性层溶液的过程中，由于受到环境和转速离心力的影响，其在基片上的薄膜不是均匀的，从而退火后形成的薄膜厚度分布不均匀，使得活性层的界面较为粗糙，导致电子传输层和活性层之间拥有较大的界面接触电阻，降低电子传输层的电子传输能力，降低器件的性能；另一方面，在旋涂过程中由于分布不均匀，导致退火后生成的薄膜不平整，增加了载流子的复合几率，严重制约器件的性能。因此，如何运用优化的旋涂工艺来制备均匀的活性层薄膜，是目前有机光电探测器领域研究的重点及难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术提供了一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器及制备方法，解决现有采用一般旋涂工艺制备的活性层薄膜厚度不均匀导致有机光电探测器性能差的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，包括从下至上依次设置的基板、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极，所述基板包括从下至上设置的衬底和透明导电阴极，所述光活性层包括分布均匀的薄膜，所述薄膜由混合配制的电子给体材料、电子受体材料和有机磁性材料经过磁场效应旋涂工艺制成。优选地，所述光活性层的厚度范围为50～300nm。优选地，所述电子给体材料采用P3HT，所述电子受体材料采用PC71BM，所述有机磁性材料采用poly-BPIO。优选地，所述P3HT、PC71BM和poly-BPIO配制的质量百分比范围为：1：1：0.03-1：1：0.2。优选地，所述空穴传输层材料为MoO3，其厚度范围为15nm～30nm；所述电子传输层材料为ZnO，其厚度范围为30nm～50nm；所述金属阳极材料采用Ag、Al、Au中的一种或多种，其厚度范围为100nm～200nm；所述透明导电阴极材料采用ITO。一种如权利要求1-5所述有机光电探测器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：对基板进行清洗，并使用氮气吹干，在基片下方放置磁体装置；步骤2：将配置好的ZnO前驱体溶液旋涂至基板上，并将旋涂后的基板进行热退火处理，获得电子传输层，所述热退火的温度在150℃，时间范围为15min；步骤3：在电子传输层上，基于磁体装置进行磁场效应旋涂工艺制备光活性层，所述光活性层包括由电子给体材料、电子受体材料和有机磁性材料混合制成的分布均匀的薄膜；步骤4：在真空度为3*103Pa条件下，在光活性层表面蒸镀MoO3得到空穴传输层；步骤5：在空穴传输层上蒸镀金属阳极完成光电探测器的制备。优选地，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：电子给体材料采用P3HT，电子受体材料采用PC71BM，有机磁性材料采用poly-BPIO，将P3HT、PC71BM和poly-BPIO混合配制为浓度为30mg/ml的溶液，所述P3HT、PC71BM和poly-BPIO配制的质量百分比范围为：1：1：0.03-1：1：0.2；步骤3.2：将溶液通过磁体装置进行磁场效应旋涂，制成分布均匀的薄膜即光活性层，所述磁场效应旋涂工艺对应的转速为800rpm，时间为30-60s。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术的光活性层采用磁场旋涂工艺制备且掺杂有机磁性材料，使活性层在磁场的影响下能够均匀、规则地附着在电子传输层上，降低由于环境和转速离心力所带来的薄膜不均匀性，进而使退火之后形成的活性层薄膜更加致密平整，解决现有采用一般旋涂工艺制备的活性层薄膜厚度不均匀导致有机光电探测器性能差的问题，达到了的优化活性层和电子传输层之间的接触，降低界面间的接触电阻，提高短路电流，提高器件性能的效果；2.本专利技术的光活性层采用磁场旋涂工艺制备且掺杂有机磁性材料，活性层材料在磁场中会使材料的内部分子结构更加有序，解决了由于受体材料聚集接触不紧密的问题，使得溶液更快速、更均匀地分布，优化了给体和受体相分离，提高给体和受体之间的势垒，减小暗电流，利于提高器件性能；3.本专利技术的光活性层采用磁场旋涂工艺制备且掺杂有机磁性材料，活性层在磁场的影响下能够均匀、规则地附着在电子传输层上，给体和受体之间的分布更加均匀，使得经由退火后形成的活性层薄膜更加平整，降低载流子的复合几率，同时增加激子的解离，提高光电流密度；4.本专利技术是在退火前对光活性层采用磁场旋涂，在旋涂过程中经由旋涂仪的高速旋转、安置在旋涂仪转台下方的磁体和活性层中掺杂的磁性材料的磁性力作用，利于活性层薄膜在磁场力的作用下分布更加均匀，并且可以简化随后的工艺流程，有利于实现大面积的生产；5.本专利技术的制备方法还采用具有不导电、比重轻、透光性好、溶于普通溶剂、可塑性强、易于复合加工成型等优良的性质的有机磁性材料Poly-BPIO，掺杂有机磁性材料，使得磁场旋涂的活性层在磁性材料的影响下能够均匀、规则地附着在传输层上，降低由于环境和转速离心力带来的薄膜不均匀性，使得退火之后形成的活性层薄膜更加平整，优化活性层和传输层之间的接触，降低界面间的接触电阻，提高光电流密度，利于提高器件性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的有机光电探测器的结构示意图；图2为本专利技术的有机光电探测器制备方法的流程图；附图说明：1-衬底，2-透明导电阴极，3-电子传输层，4-光活性层，5-空穴传输层，6-金属阳极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，包括从下至上依次设置的基板、电子传输层(3)、光活性层(4)、空穴传输层(5)和金属阳极(6)，所述基板包括从下至上设置的衬底(1)和透明导电阴极(2)，其特征在于：所述光活性层(4)包括分布均匀的薄膜，所述薄膜由混合配制的电子给体材料、电子受体材料和有机磁性材料经过磁场效应旋涂工艺制成。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，包括从下至上依次设置的基板、电子传输层(3)、光活性层(4)、空穴传输层(5)和金属阳极(6)，所述基板包括从下至上设置的衬底(1)和透明导电阴极(2)，其特征在于：所述光活性层(4)包括分布均匀的薄膜，所述薄膜由混合配制的电子给体材料、电子受体材料和有机磁性材料经过磁场效应旋涂工艺制成。2.根据权利要求1所述的一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，其特征在于：所述光活性层(4)的厚度范围为50～300nm。3.根据权利要求2所述的一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，其特征在于：所述电子给体材料采用P3HT，所述电子受体材料采用PC71BM，所述有机磁性材料采用poly-BPIO。4.根据权利要求3所述的一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，其特征在于：所述P3HT、PC71BM和poly-BPIO配制的质量百分比范围为：1：1：0.03-1：1：0.2。5.根据权利要求1或者4所述的一种基于磁场效应旋涂工艺的有机光电探测器，其特征在于：所述空穴传输层(5)材料为MoO3，其厚度范围为15nm～30nm；所述电子传输层(3)材料为ZnO，其厚度范围为30nm～50nm；所述金属阳极(6)材料采用Ag、Al、Au中的一种或多种，其厚度范围为100nm～200nm；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军胜，韩于，张晓华，刘德胜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51