一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器技术方案

本发明专利技术设计了一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器。有机光探测器的器件结构，由基底衬底、第一电极、第一电荷阻挡层、有机本体异质结光敏层、第二电荷阻挡层、电极依次层叠构成。在工作条件下，有机探测器的光敏层吸收光子并转化为电子被两端电极吸收，完成光电转化过程。通过控制光敏层厚度，控制不同波段的光生激子在器件中的分布，进而调节不同波段光的光电转化效率。该有机光探测器所使用的半导体层和半导体，通过溶液旋涂，刮涂，丝网印刷，喷墨打印，喷涂或者真空热蒸镀成膜加工获得。由此方法得到的光通信系统，可以在不需要外加滤光片的情况下实现高灵敏度、高精确度和高选择性的光信息传输过程。高精确度和高选择性的光信息传输过程。高精确度和高选择性的光信息传输过程。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器


[0001]本专利技术涉及光电子器件领域，特别是有机光探测器领域，具体涉及一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能化电子设备的不断普及，有机光探测器因为其潜在的应用价值、广泛的应用范围和不断提升的光电探测性能而得到了国内外的广泛关注。有机光探测器可以非常便捷、快速地检测和分析引起光辐射变化的原因，从而在许多应用中发挥了重要作用，在新一代便携式可穿戴智能电子器件、生物成像传感和环境监测检测等方面具有广阔应用前景。如今，大多数商业光探测器由无机半导体制成，例如硅或III
‑
V族半导体(例如砷化镓、氮化硅和锑化铟)。由可溶液加工的有机材料制成的有机光电二极管具有重量轻、机械灵活性和低成本、大面积制造可及性等优点，有望成为传统无机探测器的替代品。然而，无机探测器由于其材料限制，如果要实线波长选择探测的功能需要外加滤光部件，阻碍了它们在智能手机、物联网、自动驾驶汽车和高级驾驶辅助系统的广泛应用。
[0003]近年来的性能取得了快速进展，在可见光谱范围内经过优化的有机光探测器性能指标都可以与低噪声无机探测器相媲美。为了实现选择性检测，有机探测领域已经探索了四种主要方法：使用窄带吸收的有机材料、采用微腔结构、利用电荷收集窄化效应和激子解离窄化效应，为特殊情景下的商业化提供了广阔的前景。与此同时，基于无机探测器的可见光通信领域也发展得如火如荼，研究大多集中在超快速响应的器件或数字收发机算法调制的研究，基于光通信系统的有机探测器还有待开发。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的缺点和不足之处，专利技术了一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器。由于本体异质结对不同波段的光有不同程度的吸收，使得探测器在无需外加滤光片的情况下，能够对不同波段的入射光呈现选择性响应。基于光学建模的光电场分布拟合中，可以从控制激子产生效率的角度来理解器件的选择性波段响应。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案实现。
[0006]一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，器件结构依次由基底衬底、第一电极、第一电荷阻挡层、电子给受体共混本体异质结层、第二电荷阻挡层和第二电极依次层叠而成，如图1所示。
[0007]进一步地，使用正置或者倒置器件结构制备器件，正置结构中第一电极为阳极，第一电荷阻挡层为电子阻挡层，电子给受体共混本体异质结层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混材料，第二电荷阻挡层为空穴阻挡层，第二电极为阴极；倒置结构中第一电极为阴极，第一电荷阻挡层为空穴阻挡层，电子给受体共混本体异质结层为有机电子给体材料和有机电子受体材料的共混材料，第二电荷阻挡层为电子阻挡层，第二电极为阳极。
[0008]进一步地，所述基底衬底为玻璃、聚合物、陶瓷、金属中的任意一种或多种复合物，或具有类似功能的材料。优选地，所述基底为玻璃。
[0009]进一步地，第一电极是透明电极，包括无机透明电极、有机透明电极极中的一种以上。所述无机透明电极选自氧化铟锡(ITO)、金属纳米线、纳米银浆或铝掺杂的氧化锌(AZO)；所述有机透明电极选自高导3,4
‑
乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、碳纳米管(CNT)或石墨烯，或具有类似功能的材料。优选地，所述第一电极材料为氧化铟锡(ITO)。
[0010]进一步地，第二电极是高反射率金属电极，所述金属电极选自锂、镁、钙、锶、钡、铝、铜、金、银或铟中的一种以上，或具有类似功能的材料。优选地，所述第二电极材料为银。
[0011]进一步地，第一电荷阻挡层选自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)、溶胶凝胶氧化锌(sol
‑
gel ZnOx)、纳米氧化锌(ZnOx np)、氧化钛(TiOx)，小分子电解质包括氨基功能化的苝二酰亚胺(PDIN)、脂肪胺功能化的苝二酰亚胺(PDINN)或氨基N
‑
氧化物功能化的苝二酰亚胺(PDINO)，以及上述材料的改性物。优选地，所述第一电荷阻挡层材料为溶胶凝胶氧化锌(sol
‑
gel ZnOx)。
[0012]进一步地，第二电荷阻挡层选自3,4
‑
乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)或氧化钒(VOx)、氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoOx)金属氧化物，以及上述材料改性物。优选地，所述第二电荷阻挡层材料为氧化钼(MoOx)。
[0013]进一步地，所述本体异质结为电子给体材料和电子受体材料共混形成，所述电子给体材料为有机共轭小分子，寡聚物或聚合物；所述电子受体材料为富勒烯及其衍生物，有机共轭小分子，寡聚物或聚合物。
[0014]进一步地，所述电子给体材料为聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT)、聚[[4,8
‑
双[(2
‑
乙基己基)氧基]‑
苯并[1,2
‑
B:4,5
‑
B']二噻吩
‑
2,6
‑
二基][3
‑
氟
‑2‑
[(2
‑
乙基己基)羰基]噻吩[3,4
‑
b]并噻吩(PTB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，光通信系统包括电信号调制模块、发光模块、光探测模块和信号解调模块；电信号调制模块将要传输的信息调制为模拟电信号，连接到发光模块控制发光光源的频率和光强；通过空间传输，光信号被光探测模块探测后进一步转换为模拟电信号，进而经过信号解调模块将电信号还原为所传输的信息；所述光探测模块采用基于有机半导体材料的光探测器；所述光探测器的器件结构由基底衬底(1)、第一电极(2)、第一电荷阻挡层(3)、电子给受体共混本体异质结层(4)、第二电荷阻挡层(5)和第二电极(6)依次层叠而成。2.根据权利要求1所述适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，使用正置或者倒置器件结构制备器件，正置结构中，第一电极(2)为阳极，第一电荷阻挡层(3)为电子阻挡层，第二电荷阻挡层(5)为空穴阻挡层，第二电极(6)为阴极；倒置结构中，第一电极(2)为阴极，第一电荷阻挡层(3)为空穴阻挡层，第二电荷阻挡层(5)为电子阻挡层，第二电极(6)为阳极。3.根据权利要求1所述一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，所述第一电荷阻挡层(3)、第二电荷阻挡层(5)和光敏层(4)通过溶液旋涂，刮涂，丝网印刷，喷墨打印，喷涂或者真空热蒸镀成膜制备加工手段之一获得。4.根据权利要求1所述一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，所述第一电荷阻挡层(3)和第二电荷阻挡层(5)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)和金属氧化物类材料，所述金属氧化物类材料包括氧化钼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中的任意一种以上。5.根据权利要求1所述一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，所述本体异质结光敏层(4)中包括了电子给体材料和电子受体型材料，其中电子给体材料为有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种；所述本体异质结光敏层(4)中的电子受体型材料为富勒烯及其衍生物，有机共轭小分子，寡聚物或聚合物中的任意一种。6.根据权利要求5所述一种适用于光通信系统的全波段/双波段/单波段有机光探测器，其特征在于，所述本体异质结光敏层(4)中的电子给体材料包括聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT)、聚[[4,8
‑
双[(2
‑
乙基己基)氧基]
‑
苯并[1,2
‑
B:4,5
‑
B']二噻吩
‑
2,6
‑
二基][3
‑
氟
‑2‑
[(2
‑
乙基己基)羰基]噻吩[3,4
‑
b]并噻吩(PTB7)、聚[4,8
‑
双(5
‑
(2
‑
乙基己基)噻吩基)苯并[1,2
‑
b；4,5
‑
b']二噻吩基
‑
alt
‑
(4
‑
(2
‑
乙基己基
‑3‑
氟噻吩并[3,4
‑
b]噻吩
‑
)
‑2‑
羧酸酯基)(PTB7
‑
Th)、聚([2,6'
‑
4,8
‑
双
‑
((2
‑
乙基己基)
‑
噻吩
‑5‑
基)苯并[1,2
‑
b；3,3
‑
b]二噻吩]
‑
alt
‑
[1,3
‑
双
‑
(噻吩
‑
5基)
‑
5,7
‑
双
‑
(2
‑
乙基己基)苯并[1,2
‑
c:4,5
‑
c
’
]二噻吩
‑
4,8
‑
二酮])(PBDB

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宏滨，李静雯，何轶瑜，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：