一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器制造技术

本发明专利技术涉及一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器。该有机光探测器依次包括基底、正电极、P型层、N型层和负电极，其中P型层可进一步分为单层P型层结构和多层P型层结构，在所述单层P型层结构中，P型层材料的带隙宽于N型层材料；在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料和/或直接与N型层接触的P型层材料，正电极与P型层之间和/或N型层与负电极之间可增加缓冲层。本发明专利技术以一种新型的器件结构及简单的制备方法，在无需带通滤光片情况下实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节。

A novel self filter narrow spectral response organic photodetector

The invention relates to a novel self filtering narrow spectral response organic light detector. The organic photodetector comprises a substrate, a positive electrode, a p-type layer, an n-type layer and a negative electrode, wherein the p-type layer can be further divided into a single p-type layer structure and a multi-layer p-type layer structure. In the single p-type layer structure, the band gap of the p-type layer material is wider than that of the n-type layer material; in the multi-layer p-type layer structure, there is at least one p-type layer material that does not contact the n-type layer directly The band gap is wider than that of n-type material and / or p-type material in direct contact with n-type material. Buffer layer can be added between positive electrode and p-type material and / or between n-type and negative electrode. The invention adopts a new device structure and a simple preparation method to realize the free selection of detection spectrum band and the free adjustment of detection spectrum half peak width without band-pass filter.

【技术实现步骤摘要】
一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器
本专利技术涉及有机光电子领域，具体涉及一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器。
技术介绍
光探测器具有将光信号转变为电信号的功能，是成像系统的重要组成部分，在环境监测，信息通讯和生物传感等众多领域有着重要应用。依据其光谱响应带宽，光探测器通常可划分为宽响应及窄响应光探测器。宽响应光探测器通常被集成化，用于低光条件下的多色光探测，而窄响应光探测器通常应用于单色成像或可见盲近红外光探测。近年来，有机光电领域的蓬勃发展为有机光探测器的开发注入新的活力，有机光电材料可以通过结构的改变调节带隙，进而调节其光电响应范围。随着研究的不断深入，越来越多的有机光电材料问世，然而，受限于其较宽的吸收范围，目前报道的有机光探测器多为宽响应光探测器。对于窄响应光探测器而言，光谱选择性是至关重要的。为了提高有机光探测器的光谱选择性，通常的做法是将宽光谱响应范围的光探测器与二向色棱镜或者带通光学滤光器耦合在一起，然而，这种做法会增加有机光探测器的结构复杂性和制作成本。此外，滤波系统的使用会产生额外的光学界面，降低图像清晰度，给实现更高像素密度的成像系统造成了障碍。上述这些问题对开发出新型器件结构的有机光探测提出了迫切需求。目前真正实现窄响应有机光探测器的实例为数不多，实现方式主要包括利用分子间电荷转移态[NatureCommunications,2017,8,15421]或采用电荷收集窄化(CCN)操控电荷收集[NatureCommunications,2015,6,6343]。但是上述这些器件结构都是基于传统的本体共混异质结结构，即将P型的电子给体材料与N型的电子受体材料共混在一起作为活性层，而这种共混的活性层对光场和电荷的可控性较差，需要同时增加额外的技术手段来调控活性层内量子效率或光场分布，例如制成2微米以上的超厚活性层来控制电荷传输和收集、插入超薄金属层制成光学微腔结构、或外加超高偏压，才能实现窄光谱响应功能，而这种基于给受体共混的本体异质结结构的有机光探测器，通常暗电流较高，响应度较低，探测率较低，且需要配以严苛的技术手段才能实现窄光谱响应功能，而且适用于这种器件结构可实现窄光谱响应的有机光电材料较少，使得其普适性较差，较难通过单一器件结构实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节，这些不足限制了其实际应用。此外最近也有文献报道尝试利用P、N分层的器件结构实现窄响应探测功能[J.Mater.Chem.C,2019,7,4770]，但是在该器件中与N型层直接接触的P型层也是由多种P型层材料共混而成，并且其未注意到P型层和N型层材料之间的带隙关系，其所用共混P型层材料的带隙皆窄于N型层材料，因而入射光子已完全被P型层吸收，只能利用深层的P型层材料产生激子，N型层材料只是作为激子分离界面而存在，不会对长波长的EQE产生贡献，这使其对光子和电荷的利用率较低，因而其在-4V的偏压下也只有3％的外量子效率(EQE)，更重要的是这种不合理的激子利用使其在可见光范围内仍有较高的EQE响应，即未能实现真正意义上的窄光谱响应功能，同时这种带隙关系的匹配使其无法通过N型层厚度的调节实现探测光谱波段和半峰宽的调节。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，专利技术了一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器。以一种新型的器件结构，在无需带通光学滤光器或额外技术手段的条件下实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节。本专利技术的另一目的在于提供一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法。以简单的制备方法，实现光谱选择性探测功能。这为开发出特定区域响应的有机光探测器提供了一种简单的策略和理论指导。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底、正电极、P型层、N型层和负电极，所述P型层为单层P型层结构或多层P型层结构；当所述P型层为单层P型层结构时，P型层材料的带隙宽于N型层材料；当所述P型层为多层P型层结构时，在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料、不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料、或不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料且宽于N型层材料。进一步地，所述正电极与P型层之间、所述N型层与负电极之间可单独或同时设置有缓冲层，所述缓冲层材料可为水醇溶类界面材料(如3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代-[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN-Br)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-胺基)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-乙基溴化铵)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N-Br)、聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE))、水醇溶富勒烯衍生物材料(如N,N'-二乙基-5-苯基-5-[(6,6')-C71-戊基]-1-胺、双-[6,6]-苯基-C61-戊基磷酸二乙酯)、有机N型材料(如2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、苯并[1,2-a:4,5-a']二唑嗪-3,3'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双[6,7,14,15-四基]氯盐)、金属氧化物类材料(如氧化钼(MoO3)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化铜(CuO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌镁(MZO)、氧化锌铝(AZO))中的任意一种及组合，或具有类似功能的材料。进一步地，所述P型层材料为含有下列共轭结构的共轭聚合物或共轭小分子材料。其中，R1-R6可为具有1～40个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，其中一个或多个碳原子可被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子可以被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子取代；R1-R6也可以为取代基，如氢原子、氟原子、氯原子、氰基、硝基、噻吩基、苯基。优选的，所述P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料P3HT，聚咔唑类材料PCDTBT，苯并噻二唑类聚合物材料PffBT4T-2OD，二酮吡咯并吡咯类聚合物材料DT-PDPP2T-TT，萘并噻二唑类聚合物材料NT812，苯并二噻吩-并噻吩类聚合物材料PTB7-Th，噻吩并噻吩二酮类聚合物材料PBDB-T-SF，噻吩并噻二唑类聚合物材料PDDTT。进一步地，所述N型层材料为富勒烯类电子受体材料(如PC71BM、PC61BM、ICBA等)、非富勒烯类电子受体材料(如ITIC、COi8DFIC、IEICO-4F、IEICO、Y6、N2200等)中的任意一种以上，或具有类似功能的材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，其器件结构依次包括基底(1)、正电极(2)、P型层(3)、N型层(4)和负电极(5)，所述P型层为单层P型层结构或多层P型层结构；当所述P型层为单层P型层结构时，P型层材料的带隙宽于N型层材料；当所述P型层为多层P型层结构时，在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料、不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料、或不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料且宽于N型层材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，其器件结构依次包括基底(1)、正电极(2)、P型层(3)、N型层(4)和负电极(5)，所述P型层为单层P型层结构或多层P型层结构；当所述P型层为单层P型层结构时，P型层材料的带隙宽于N型层材料；当所述P型层为多层P型层结构时，在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料、不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料、或不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料且宽于N型层材料。


2.根据权利要求1所述的一种新型自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述正电极(2)与P型层(3)之间、所述N型层(4)与负电极(5)之间单独或同时设置有缓冲层(6)，所述缓冲层材料为水醇溶类界面材料；所述水醇溶类界面材料为3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代-[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN-Br)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-胺基)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-乙基溴化铵)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N-Br)、聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE))、水醇溶富勒烯衍生物材料(如N,N'-二乙基-5-苯基-5-[(6,6')-C71-戊基]-1-胺、双-[6,6]-苯基-C61-戊基磷酸二乙酯)、有机N型材料(如2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、苯并[1,2-a:4,5-a']二唑嗪-3,3'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双[6,7,14...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，解博名，张凯，胡志诚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44