一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于有机半导体光电子技术领域，涉及有机光电传感器，具体为一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器及其制备方法；用以解决现有有机光电传感器中因V2O5能级变化产生的诸多问题。本发明专利技术采用V2O5层作为空穴传输主体层，并在空穴传输主体层与活性层之间设置NPB层作为空穴传输修饰层；有效改善了各功能层之间的界面接触，能够有效降低界面的接触电阻，使得能级匹配更加合理；优化了器件整体的能级排列，提升了光生载流子解离后在金属阳极的收集效率，抑制了外加偏压时载流子的反向注入，提高了器件整体性能；同时，NPB/V2O5缓冲层的设置能够阻隔空气中的水和氧气对活性层的影响，进一步延长器件的工作寿命。进一步延长器件的工作寿命。进一步延长器件的工作寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机半导体光电子
，涉及有机光电传感器，具体为一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电传感器具有将光信号转换为电信号的能力，在光电器件中具有重要的地位；它们具有多种应用，例如光通信、环境监测和生物医学成像等。传统的光电传感器凭借具有高载流子迁移率、良好的稳定性和较小的激子结合能的无机III
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V半导体，在光敏性、响应度和检测性方面表现出优异的性能；然而，由于固有的缺点，如非柔性和复杂的制造工艺，无机光电传感器在灵活应用和成本方面受到限制。与无机光电传感器相比，有机光电传感器具有成本低、制作工艺简单、可大面积制备以及机械柔性的特点，然而，有机聚合物较低的载流子迁移率和无序分子排列导致相对较慢的响应速度和较少的电荷产生；此外因此，已经进行了许多努力来改善有机光电传感器的性能。
[0003]界面工程在提高有机光电传感器性能方面起着重要作用；首先，通过选择合适的界面材料，可以有效降低器件在外加偏压时反向注入的暗电流，同时可以提高光收集能力和载流子传输能力，提高光电流，增大器件开关比；其次，适当的界面材料可使活性层与外部环境中的水，氧气和其他不利成分隔离开来，从而大大提高了器件的稳定性；最后，适当的界面材料可以简化加工技术，从而降低制造成本。
[0004]无机金属氧化物是目前最常见的阳极缓冲层材料，广泛用于OLED、太阳能电池和有机光电传感器中；其中，V2O5是应用最为广泛的缓冲层之一。然而，不同工艺制备的V2O5的能级也有很大差别，使得器件不利于形成良好的欧姆接触，在活性层和V2O5之间形成一个能级势垒，会降低器件的空穴收集能力；此外，在真空蒸镀V2O5的过程中可能会导致氧缺失，形成氧空位，将V2O5的价带能级向着更深处移动，形成不利于空穴传输的能级势垒；这些缺陷的存在同样容易俘获载流子，作为载流子的复合中心，降低光生载流子的利用率；另外，V2O5薄膜功函数对外界环境特别敏感，如空气、湿度、温度等等，在短时间内的空气暴露，表面的氧吸附和吸湿，导致V2O5薄膜功函数显著降低，表面功函数的降低会减小有效空穴注入或者提取。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的诸多问题，提出了一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器及其制备方法，通过在活性层与导电阳极层之间依次设置空穴传输修饰层NPB与空穴传输主体层V2O5，改善了活性层和金属阳极之间的界面接触，有效降低界面的接触电阻；优化了器件整体的能级排列，使能级匹配更加合理，提升了光生载流子解离后在金属阳极的收集效率，抑制了外加偏压时载流子的反向注入，器件的整体性能获得提升。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器，包括：从下往上依次层叠设置的透明
基底层、透明导电阴极层、电子传输层、活性层、空穴传输修饰层、空穴传输主体层与导电阳极层，其特征在于，所述空穴传输主体层与活性层之间还设置有空穴传输修饰层，所述空穴传输主体层采用V2O5薄膜层，所述空穴传输修饰层采用NPB薄膜层。
[0008]进一步地，所述空穴传输修饰层的厚度为5～50nm，所述空穴传输主体层的厚度为5～100nm。
[0009]进一步地，所述透明基底层采用透明石英玻璃，所述透明导电阴极层采用ITO制成，所述电子传输层采用ZnO或PEIE制成；所述活性层采用给体材料与受体材料制成，给体材料为P3HT或PBDB
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T，受体材料为ITIC
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Th或PCBM；所述导电阳极层采用Ag或Au制成。
[0010]上述基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：对预制透明导电阴极层的透明基底依次进行洗涤剂搓洗、去离子水超声清洗、丙酮超声清洗、异丙醇超声清洗，并使用紫外臭氧清洗机处理；
[0012]步骤2：配置电子传输层前驱体溶液，并利用旋涂法在导电阴极层上制备电子传输层，旋涂后的薄膜在150～250℃加热台上退火20～40分钟，获得厚度为50～100nm电子传输层；
[0013]步骤3：将给体材料和受体材料按照质量比1:1溶于氯苯中，并在40～60℃的磁力加热搅拌台上搅拌12～24小时，制备成浓度为10～30mg/ml的活性层溶液；并利用旋涂法在电子传输层上制备活性层，旋涂后的薄膜在100～200℃加热台上退火5～15分钟，获得100～500nm的活性层；
[0014]步骤4：在活性层上蒸镀NPB层，将真空腔的真空度抽至低于1
×
10
‑4Pa，调节加热温度至150～200℃预热5分钟，打开蒸发舟挡板，调节温度至生长速率达到0.01～0.03nm/s，蒸镀至厚度为5～50nm，获得NPB层；
[0015]步骤5：在NPB层上蒸镀V2O5层，将真空腔的真空度抽至低于1
×
10
‑4Pa，调节加热温度至750～850℃预热5分钟，打开蒸发舟挡板，调节温度至生长速率达到0.01～0.03nm/s，蒸镀至厚度为5～100nm，获得V2O5层；
[0016]步骤6：在V2O5层上蒸镀导电阳极层，将真空腔的真空度抽至低于3
×
10
‑3Pa，调节加热温度至850～950℃预热5分钟，打开蒸发舟挡板，调节温度至生长速率达到0.01～0.03nm/s，蒸镀至厚度为100～200nm，获得导电阳极层。
[0017]进一步的，所述步骤1中，去离子水超声清洗为两次、各10～30分钟，丙酮超声清洗为两次、各30～60分钟，异丙醇超声清洗为两次、各30～60分钟，紫外臭氧清洗机处理时间为10～30分钟。
[0018]综上所述，相较于现有技术，本专利技术的有益效果是：
[0019]1)本专利技术由于采用真空蒸镀的方法制备NPB/V2O5缓冲层，能够避免溶液法制备过程中溶剂对下层活性层的破坏，有效的保护活性层，并且具有灵活的参数调控能力，易于制备不同参数配置的缓冲层，满足不同的设计需求；
[0020]2)本专利技术由于先蒸镀了熔点较低的NPB缓冲层，能够保护活性层，避免活性层在蒸镀熔点更高的V2O5时遭到破坏，保证了活性层的完整性；
[0021]3)本专利技术由于设置了NPB/V2O5缓冲层，能够阻隔空气中的水和氧气对活性层的影响，延长器件的工作寿命的同时还能够保证光电流有所提升；
[0022]4)本专利技术由于设置了NPB缓冲层，改善了各功能层之间的界面接触，能够有效降低
界面的接触电阻，使得能级匹配更加合理；优化了器件整体的能级排列，提升了光生载流子解离后在金属阳极的收集效率，抑制了外加偏压时载流子的反向注入，提高了器件整体性能，对有机光电传感器的进一步发展起到积极的作用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器，包括：从下往上依次层叠设置的透明基底层、透明导电阴极层、电子传输层、活性层、空穴传输修饰层、空穴传输主体层与导电阳极层，其特征在于，所述空穴传输主体层与活性层之间还设置有空穴传输修饰层，所述空穴传输主体层采用V2O5薄膜层，所述空穴传输修饰层采用NPB薄膜层。2.按权利要求1所述基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器，其特征在于，所述空穴传输修饰层的厚度为5～50nm，所述空穴传输主体层的厚度为5～100nm。3.按权利要求1所述基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器，其特征在于，所述透明基底层采用透明石英玻璃，所述透明导电阴极层采用ITO制成，所述电子传输层采用ZnO或PEIE制成；所述活性层采用给体材料与受体材料制成，给体材料为P3HT或PBDB
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T，受体材料为ITIC
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Th或PCBM；所述导电阳极层采用Ag或Au制成。4.按权利要求1所述基于NPB/V2O5缓冲层的有机光电传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对预制透明导电阴极层的透明基底依次进行洗涤剂搓洗、去离子水超声清洗、丙酮超声清洗、异丙醇超声清洗，并使用紫外臭氧清洗机处理；步骤2：配置电子传输层前驱体溶液，并利用旋涂法在导电阴极层上制备电子传输层，旋涂后的薄膜在150～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋亚东，刘巍，王洋，刘青霞，顾德恩，袁柳，太惠玲，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：