一种可近红外响应的有机光电倍增探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于有机光电倍增探测器技术领域，具体涉及一种可近红外响应的有机光电倍增探测器及其制备方法。探测器包括依次设置的阳极层、阳极缓冲层、界面修饰层、活性层和阴极层；阳极缓冲层采用的材料为聚(3,4

【技术实现步骤摘要】
一种可近红外响应的有机光电倍增探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于有机光电倍增探测器
，具体涉及一种可近红外响应的有机光电倍增探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机光电倍增探测器是一种利用陷阱辅助型载流子隧穿注入来实现远大于100%外量子效率的新型器件，而且它们具有质量轻、成本低、可溶液制备等优势，近年来受到了广泛关注。目前在有机光电倍增探测器的研究中，活性层由给体与受体以失衡的比例共混而成，多数器件选用的是P3HT:PCBM（质量比100:1）的体系，这类器件的响应光谱范围只能覆盖紫外与可见光。
[0003]因此，为了实现近红外领域的光电探测，需要对现有有机光电倍增探测器的结构和制备方法进行改进。

技术实现思路

[0004]为了实现近红外光谱范围内的倍增型光电探测，本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可近红外响应的有机光电倍增探测器及其制备方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种可近红外响应的有机光电倍增探测器，包括依次设置的阳极层、阳极缓冲层、界面修饰层、活性层和阴极层；阳极缓冲层采用的材料为聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)
‑
聚苯乙烯磺酸，即PEDOT：PSS；所述活性层采用的材料为聚3
‑
己基噻吩：3,9
‑
双
‑
(2
‑
甲烯基
‑
(3
‑
1,1
>‑
甲烯丙二腈
‑
5,6
‑
二氟茚酮)
‑
5,5,11,11
‑
四
‑
(4
‑
己基苯基))
‑
噻吩[3,2
‑
b]并噻吩引达省二噻吩，即P3HT：IT
‑
4F，所述界面修饰层采用的材料为Al2O3。
[0006]所述阳极层采用氧化铟锡，阴极层采用铝，所述阳极缓冲层采用的材料中，聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸的质量比为1:2.5。
[0007]所述活性层采用的材料中，聚3
‑
己基噻吩与3,9
‑
双
‑
(2
‑
甲烯基
‑
(3
‑
1,1
‑
甲烯丙二腈
‑
5,6
‑
二氟茚酮)
‑
5,5,11,11
‑
四
‑
(4
‑
己基苯基))
‑
噻吩[3,2
‑
b]并噻吩引达省二噻吩的质量比为100:1。
[0008]所述活性层的厚度为200~300nm，阳极缓冲层厚度为5~15nm。
[0009]所述活性层的厚度为270
±
0.2nm，阳极缓冲层厚度为10
±
0.2 nm。
[0010]所述界面修饰层的厚度为0.8
±
0.02 nm。
[0011]此外，本专利技术还提供了一种制备方法，用于制备所述的一种可近红外响应的有机光电倍增探测器，包括以下步骤：S1、在阳极层上旋涂无水乙醇稀释后的PEDOT:PSS，形成阳极缓冲层；S2、在阳极缓冲层上利用原子层沉积技术沉积Al2O3作为界面修饰层；S3、在界面修饰层上旋涂P3HT:IT
‑
4F溶液形成活性层；S4、在活性层上制备阴极层，得到探测器器件。
[0012]所述步骤S1中，利用匀胶机旋涂，设置转速为9000 rpm，旋涂时间为30 s，旋涂完毕后，将其置于120 ℃下加热台上退火15min，然后常温静置至少5min后进入下一步；所述步骤S3中，利用匀胶机旋涂，设置转速为1000 rpm，旋涂时间为30 s，旋涂完毕后立即置于加热台上，在80 ℃在退火20 s，之后在手套箱静置5min后进入下一步。
[0013]所述步骤S2中，在腔体温度为150 ℃条件下利用三甲基铝和水蒸气交替反应，并且以0.1 nm/圈的沉积速率沉积Al2O3，沉积完后真空静置5min后进入下一步；所述步骤S4中，通过热蒸发工艺制备阴极层，具体制备方法为：真空度达到10
‑
4 Pa后，在样品旋转速率为1
ꢀÅ
/s条件下，蒸镀金属Al作为阴极层。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、为了实现近红外光谱范围内的倍增型光电探测，本专利技术采用两种分别在近红外波段不吸光给受体材料P3HT与IT
‑
4F共混之后作为活性层，由于共混之后，它们之间存在特定的分子间电荷转移吸收行为，利用该行为可以实现对光子能量小于原材料带隙值的入射光的吸收，在给体HOMO与受体LUMO能级上分别产生光生空穴和光生电子进而实现近红外光谱范围的探测。
[0015]2、而且，本专利技术进一步优化了二者的共混比例，实现了近红外高灵敏的光电响应。共混活性层的给受体比例对器件暗态与亮态性能影响很大，较之活性层P3HT:IT
‑
4F不同给受体比例的对照器件，本专利技术在正反偏压下的暗电流密度明显降低，亮电流密度明显提高，意味着提升了器件的探测范围。
[0016]3、实验证实，本申请中通过在阳极缓冲层与活性层之间加入nm级别厚的Al2O3作为界面修饰层，获得的探测器器件不仅能实现在双向偏压下工作，并且器件在正向偏压且近红外光照射时亮暗电流密度比可高达70以上。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例一提供的可近红外响应的有机光电倍增探测器的结构示意图；图中：1
‑
阳极层，2
‑
阳极缓冲层，3
‑
界面修饰层，4
‑
活性层，5
‑
阴极层；图2为P3HT与IT
‑
4F按100:1的给受体质量比共混制成的活性层的光吸收谱；图3为本专利技术的可近红外响应的有机光电倍增探测器在给受体质量比例为100:1、100:4、100:2及100:0.25条件下的暗电流密度
‑
电压特性曲线及980 nm波长（功率密度：1.27mW/cm2）下的亮电流密度
‑
电压特性曲线；图4为本专利技术的可近红外响应的有机光电倍增探测器在给受体质量比例为100:1、100:4、100:2及100:0.25条件下980 nm波长下（功率密度：1.27mW/cm2）的亮暗电流密度比值的对数图；图5为本专利技术实施例的可近红外响应的有机光电倍增探测器在波长为375 nm、505 nm、660 nm、850 nm、980 nm的脉冲光源下照射下的瞬态光电流响应曲线；图6为本专利技术实施例中可近红外响应的有机光电倍增探测器与不加氧化铝界面修饰层器件的暗电流密度
‑
电压特性曲线及980nm波长下（功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可近红外响应的有机光电倍增探测器，其特征在于，包括依次设置的阳极层（1）、阳极缓冲层（2）、界面修饰层（3）、活性层（4）和阴极层（5）；阳极缓冲层（2）采用的材料为聚(3,4
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乙烯二氧噻吩)
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聚苯乙烯磺酸，即PEDOT：PSS；所述活性层（4）采用的材料为聚3
‑
己基噻吩：3,9
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双
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(2
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甲烯基
‑
(3
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1,1
‑
甲烯丙二腈
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5,6
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二氟茚酮)
‑
5,5,11,11
‑
四
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(4
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己基苯基))
‑
噻吩[3,2
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b]并噻吩引达省二噻吩，即P3HT：IT
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4F，所述界面修饰层（3）采用的材料为Al2O3。2.根据权利要求1所述的一种可近红外响应的有机光电倍增探测器，其特征在于，所述阳极层（1）采用氧化铟锡，阴极层（5）采用铝，所述阳极缓冲层（2）采用的材料中，聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)与聚苯乙烯磺酸的质量比为1:2.5。3.根据权利要求1所述的一种可近红外响应的有机光电倍增探测器，其特征在于，所述活性层（4）采用的材料中，聚3
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己基噻吩与3,9
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双
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(2
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甲烯基
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(3
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1,1
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甲烯丙二腈
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5,6
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二氟茚酮)
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5,5,11,11
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己基苯基))
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔艳霞，滑羽璐，冀婷，石林林，李国辉，张叶，王文艳，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：