一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器与制备制造技术

本发明专利技术公开了一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器与制备；该探测器的器件结构从下到上依次为基底、导电阳极、空穴传输层、有机光活性层、电子传输层和导电阴极，所述的光活性层是由有机给体和有机受体共混形成的体异质结，在界面优化和给受体的合理选择、精细调控活性层形貌的协同作用下，在

【技术实现步骤摘要】
一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器与制备


[0001]本专利技术涉及有机光电
，尤其涉及一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器与制备。

技术介绍

[0002]有机光电半导体因其价格低廉、质轻、薄及可在柔性基地上加工进行大面积制造在光电转换和利用上具有传统无机半导体不可比拟的优势，其中有机光探测器更是在图像传感、人体健康监测、可穿戴设备等方面具有潜在的应用空间。优异的光探测器要求其具有等效噪声功率低、探测率高的特点，而暗电流是影响噪声的主要因素。
[0003]在仅考虑散粒噪声的情况下，比探测率可由式估算获得，由此式可知在外量子效率EQE增幅有限的情况下，比探测率随着暗电流密度的降低而提高。
[0004]因此制备具有超低暗电流密度(<10
‑
10
A/cm2)高比探测率的探测器件具有重要的研究价值。在降低有机光探测器暗电流方面，增加活性层厚度是一个普遍被采用的策略，一般认为活性层厚度的增加可以有效避免因加工过程中的针孔等缺陷引起的漏电流，但过分增加厚度通常也常伴随着光响应的损失，这反而会限制探测率的提升。
[0005]基于以上论述，在不牺牲光响应的情况下制备一种具有超低暗电流、高比探测率的有机光探测器对于该领域的研究是至关重要的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于为了进一步降低OPDs的暗电流，以提高比探测率，提供一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器与制备。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器；
[0009]该有机光探测器结构自下而上依次为基底、导电阳极、空穴传输层、光活性层、电子传输层和导电阴极；
[0010]光活性层材料由包含给体和受体的混合溶液制成，光活性层采用的受体为BTP
‑
4F(Y6)、Y6
‑
BO、BTP
‑
4Cl(Y7)、Y7
‑
BO、L8
‑
BO、BTP
‑
eC7、BTP
‑
eC9、ITIC、ITIC
‑
Th、IEICO、IEICO
‑
4F、IEICO
‑
4Cl、COTIC
‑
4F、COTIC
‑
4Cl等中的一种以上；
[0011]给体包括PTB7(PCE9)、PTB7
‑
Th(PCE10)、PBDB
‑
T(PCE12)、PBDB
‑
T
‑
2F(PM6)、PBDB
‑
T
‑
2Cl(PM7)或D18等中的一种以上。
[0012]优选地，所述导电阴极为Ag、Al、Au、Cu或PEDOT:PSS(CLEVIOS
TM
PH 1000)的不透明或半透明的电极材料。
[0013]优选地，所述导电阳极为ITO、Ag、Al、Au、Cu中的一种以上。
[0014]优选地，所述空穴传输层为PEDOT:PSS(CLEVIOS
TM P VP CH 8000，购自Heraeus)的
去离子水稀释溶液，稀释比例为每一份PEDOT:PSS原液加入1～10份去离子水。
[0015]优选地，所述电子传输层为PFN、PFN
‑
Br、PDIN、PDINN、PDINO、PNDIT
‑
F3N、PEIE、TiO2、ZnO、LiF中的一种或多种。
[0016]优选地，所述给体与受体质量比为1:(0.01～100)，所述给体与受体混合溶液的浓度为5～50mg/mL。
[0017]优选地，给体与受体混合溶液采用有机溶剂为主溶剂和0～5％含量的溶剂添加剂来制备光活性层，光活性层在真空下抽去添加剂后进行温度为50～200、℃时间为0～30分钟的热退火，光活性层的厚度在50nm～5μm，光活性层面积在0.04～400cm2。
[0018]优选地，所述基底的材料为透明或半透明聚合物材料柔性基底或者石英玻璃刚性基底。
[0019]一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0020]步骤一、ITO基片的清洗：将ITO玻璃基底依此用二次回收异丙醇、洗涤剂水、超纯水(3～4遍)、干净异丙醇进行超声清洗15～20分钟，清洗完毕后放入60～70℃的干燥箱中烘干。
[0021]步骤二、空穴传输层的沉积：ITO基片先在小于100Pa的真空度下进行3～4分钟的氧气等离子体表面处理，将PEDOT:PSS水溶液(CLEVIOS
TM P VP CH 8000，购自Heraeus)用去离子水稀释，稀释比例为每一份PEDOT:PSS原液加入1～10份去离子水。随后取稀释后PEDOT:PSS水溶液通过滤孔直径为0.22μm的水相聚醚砜针式滤器过滤后在匀胶机上用1000～9000rpm旋涂30s，使其在氧气等离子体表面处理后的ITO基片上得到约1～100nm的薄膜。再用热台在150℃下对基片烘烤15～20分钟，除去PEDOT:PSS薄膜层的水分，并转移至氮气保护的手套箱里。
[0022]步骤三、活性层的沉积：光活性层均采用体异质结结构，给体和受体根据优化后的质量比进行称量，共同溶于优化后的有机溶剂中，采用旋涂的方法加工活性层，活性层成膜后选择进行后处理，如去除高沸点添加剂、热退火等。当给体和受体采用如下体系时的工艺条件如下：
[0023]①
PM 6:Y6体系：给受体质量比为1:1.2，加工溶剂为氯苯(CB)或氯仿(CF)，不进行热退火。
[0024]②
PM 6:Y6
‑
BO体系：给受体质量比为1:1.2，加工溶剂为氯仿(CF)+0.5vol.％1，8
‑
二碘辛烷(DIO)，不进行热退火。
[0025]③
PM 6:Y7体系：给受体质量比为1:1.2，加工溶剂为氯仿(CF)+2vol％氯萘(CN)，不进行热退火。
[0026]④
PM 6:Y7
‑
BO体系：给受体质量比为1:1.2，加工溶剂为氯仿(CF)+0.5vol.％1，8
‑
二碘辛烷(DIO)，不进行热退火。
[0027]⑤
PM6:BTP
‑
eC9体系：给受体质量比为1:1.2，加工溶剂为氯仿(CF)+0.5vol.％1，8
‑
二碘辛烷(DIO)，不进行热退火。
[0028]⑥
PBDB
‑
T:ITIC体系：给受体质量比为1:1.5，加工溶剂为氯仿(CF)，不进行热退火。
[0029]⑦
PTB7
‑
Th:IEICO
‑
4F体系：给受体质量比为1:1.5，加工溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，该有机光探测器的结构自下而上依次包括基底(1)、导电阳极(2)、空穴传输层(3)、光活性层(4)、电子传输层(5)和导电阴极(6)，其特征在于：光活性层(4)材料由包含给体和受体的混合溶液制成；其中，受体包括BTP
‑
4F(Y6)、Y6
‑
BO、BTP
‑
4Cl(Y7)、Y7
‑
BO、L8
‑
BO、BTP
‑
eC7、BTP
‑
eC9、ITIC、ITIC
‑
Th、IEICO、IEICO
‑
4F、IEICO
‑
4Cl、COTIC
‑
4F、COTIC
‑
4Cl中的一种以上；给体包括PTB7(PCE9)、PTB7
‑
Th(PCE10)、PBDB
‑
T(PCE12)、PBDB
‑
T
‑
2F(PM6)、PBDB
‑
T
‑
2Cl(PM7)或D18中的一种以上。2.根据权利要求1所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，其特征在于：所述导电阳极(2)包括ITO、Ag、Al、Au中的一种以上。3.根据权利要求2所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，其特征在于：所述导电阴极(6)为Ag、Al或Au的不透明或半透明的电极材料。4.根据权利要求3所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，其特征在于：所述空穴传输层(3)为PEDOT:PSS的去离子水稀释溶液，稀释比例为每一份PEDOT:PSS原液加入1～10份去离子水；所述电子传输层(5)为PFN、PFN
‑
Br、PDIN、PDINN、PDINO、PNDIT
‑
F3N、PEIE、TiO2、ZnO、LiF中的一种或多种。5.根据权利要求4所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，其特征在于：所述给体与受体质量比为1:(0.01～100)，所述给体与受体混合溶液的浓度为5～50mg/mL；给体与受体混合溶液采用有机溶剂为主溶剂和0～5％含量的溶剂添加剂来制备光活性层(4)，光活性层(4)在真空下抽去添加剂后进行温度为50～200℃、时间为0～60分钟的热退火，光活性层(4)的厚度在50nm～5μm，光活性层(4)面积在0.04～400cm2。6.根据权利要求5所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器，其特征在于：所述基底(1)的材料为透明或半透明聚合物材料柔性基底或者石英玻璃刚性基底。7.权利要求1～6中任一项所述具有超低暗电流和高比探测率的有机光探测器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)ITO基片的清洗：将ITO玻璃基底依此用二次回收异丙醇、洗涤剂水、超纯水、干净异丙醇进行超声清洗15～20分钟，清洗完毕后放入60～70℃的干燥箱中烘干；(2)空穴传输层的沉积：ITO基片先在小于100Pa的真空度下进行3～4分钟的氧气等离子体表面处理，将PEDOT:PSS水溶液用去离子水稀释，稀释比例为每一份PEDOT:PSS原液加入1～10份去离子水；随后取...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志才，缪可偏，许聪娣，刘国强，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：