柔性有机光电传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种柔性有机光电传感器

【技术实现步骤摘要】
柔性有机光电传感器、探测器及可穿戴全柔性心率血氧仪


[0001]本专利技术涉及光电传感及柔性电子
，其中涉及一种柔性有机光电传感器，基于此的光电探测器，以及可穿戴全柔性心率血氧仪
。

技术介绍

[0002]心率变化与心脏疾病密切相关，是最直接反映人体心脏健康的标志
。
血氧饱和度是衡量血液携带氧气能力的重要指标，是反映肺功能
、
循环功能等的重要参数，血氧饱和度下降会影响肺功能，导致肺部疾病，增加心血管疾病风险，影响大脑功能等
。
因此，长期持续监测心率
、
血氧可以及时发现心脏活动的异常情况，争取更多的治疗时间，对于人体健康的守护尤为重要
。
目前市面上的可穿戴心率血氧仪大多采用手表
、
手环或者指夹式设计，基于光电容积脉搏波描记法（
PPG
）的原理检测经过人体血管和组织反射或透射
、
吸收后的绿光
、
红光或红外光，得到脉搏波信号，经过计算得到心率，血氧数值，实现实时监测
。
目前，由于手表
、
手环或者指夹式血氧仪是由刚性光探测器及刚性电路系统构成的，与人体皮肤的贴合度差，在运动过程中与皮肤产生相对位移，从而导致衰减光信号弱，难以实现对人体生理信号的准确检测
。
此外，由于手环
、
手表或者指夹式血氧仪只能佩戴在手腕或手指上，无法通过获取人体其他部位的脉搏信号实现对心率
、
血氧值的综合校准，以减少误差
。
因此，若实现对人体血氧及脉搏的精准检测，需设计及制备全柔性高灵敏光学检测系统，即高稳定柔性集成电路与高灵敏及低噪音的柔性光探测器
。
在制备有机光电探测器过程中，由于有机材料具有本征无序性，导致有机活性层具有大量的陷阱态密度及较高的能量无序度，提高了载流子的复合及电子在电极的注入概率，从而导致有机光电探测器的具有较高的暗电流及较低的载流子迁移率，大大降低了有机光电探测器的响应度
、
比探测率及响应时间
。
因此，发展及制备高响应度
、
高比探测率和快速响应时间有机光探测器是构筑高灵敏光检测系统的前提
。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种可穿戴全柔性心率血氧仪，该设备基于高灵敏
、
低噪音的柔性有机光电探测器与柔性集成电路
。
[0004]为解决有机光探测器由于高陷阱态密度及高能量无序度导致的响应度低
、
比探测率低及响应时间慢的难题，本专利技术通过在由二元组分制备的
OPD
中引入第三种给体，即第三组分，构筑由给体和两种受体组成的活性层，促进活性层分子间的紧密堆积，有效调控薄膜的形貌，从而有效降低活性层中的陷阱态密度及能量无序度，实现具有高响应度
、
高比探测率及快速响应时间的有机光探测器
。
[0005]利用有机半导体材料柔性的本征特性，构筑柔性有机光探测器，可以实现与人体皮肤发紧密接触，降低人体在运动过程中由于检测系统与皮肤分离产生的噪音可以有效解决当血氧仪刚性在人体运动过程中由于弯曲及运动造成的响应度差，信号准确率低的难题
。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于柔性有机光电探测器的可穿戴全柔性心率血氧仪，包括：（1）高灵敏
、
低噪音柔性有机光电传感器，在本申请中，高灵敏
、
低噪音柔性有机光探测器由聚合物和非富勒烯受体分子构成，其中在有机光探测器中引入第三组分，有效改善活性层形貌，降低活性层中的陷阱态密度和能量无序度，提高载流子迁移率，从而降低器件噪音，提高器件响应度
。
[0007]构筑可与皮肤的紧密贴附的柔性有机光探测器，在不同弯曲曲率下保持较高的响应度，用于探测经人体血管和组织后透射
、
反射
、
吸收后的衰减光，记录血管的搏动状态并测量脉搏信号，实现对人体生理信号的精准检测；（2）脉搏波信号处理模块，用于对柔性有机光电传感器获得的脉搏信号进行放大
、
滤波处理，便于达到后续主控处理器接收信号的最小值，减少环境干扰；（3）主控处理器模块，用于接收和存储来自柔性光电探测器接收和脉搏波信号处理模块放大滤波的脉搏模拟信号，并将脉搏模拟信号转换为数字模拟信号，得到脉搏波波形，计算心率
、
血氧，同时复位电路
、
外部时钟电路等可以确保心率血氧仪系统持续工作；（4）串口通信模块，用于主控处理器模块与电脑进行通信，实时展示脉搏波形，心率及血氧数值；（5）柔性电路板，用于柔性有机光电传感器
、
脉搏波信号处理模块
、
串口通信模块的电路连接
。
[0008]进一步地，所述柔性有机光电传感器包括基底
、
底电极
、
空穴传输层
、
活性层
、
电子传输层和顶电极
。
基底为具有较高透光率的柔性薄膜，包括聚酰亚胺（
PI
）
、
聚甲基丙烯酸甲酯（
PMMA
）
、
热塑性聚氨酯（
TPU
）
、
聚酯薄膜（
PET
）等，为提高透明基底的透光率，优选的柔性透明基底为
PET。
[0009]进一步地，底电极材料为具有良好透光率和导电性的柔性薄膜，采用铟锡氧化物薄膜
、
银纳米线薄膜
、
半透明银薄膜等，为有效降低透明电极的粗糙度，优选的，所选的柔性导电薄膜为铟锡氧化物
。
[0010]进一步地，空穴传输层为
P
型半导体材料，可以促进空穴传输，阻挡电子传输，包括
PEDOT:PSS
，氧化钼等，为有效降低暗电流，优选的空穴传输层为氧化钼，空穴传输层的厚度为2‑
10 nm。
[0011]进一步地，活性层由一种或多种有机给体材料
、
受体材料和第三组分组成，给体材料可以是
PM6、PCE
‑
10、PBDB
‑
T、D18
等，为实现与受体材料的光谱匹配，优选的给体聚合物为
PM6。
[0012]进一步地，受体材料为具有三维堆积网络结构的
Y6
，第三组分为
BO
‑
4Cl
，
CH
‑
4Cl 和
CH
‑
4F。
为有效降低活性层的陷阱态密度及能量无序度，从而提高器件的响应度
、
比探测率及响应时间，优选的活性层受体材料为
Y6
，第三组分为
BO...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种柔性有机光电传感器，包括自下而上依次设置的柔性基底
、
底电极层
、
空穴传输层
、
活性层
、
电子传输层和顶电极层或自下而上依次设置的柔性基底
、
底电极层
、
电子传输层
、
活性层
、
空穴传输层和顶电极层；其特征在于：用于获得所述活性层的原料包括给体材料
、
受体材料和第三组份，所述给体材料包括
PM6、PCE
‑
10、PBDB
‑
T、D18
中的任一项，所述受体材料为
Y6
，所述第三组份包括
BO
‑
4Cl、CH
‑
4F
和
CH
‑
4Cl
中的任一项
。2.
根据权利要求1所述的柔性有机光电传感器，其特征在于：所述给体材料和受体材料的质量比例为
0.1:1—1:0.1
，第三组分与受体材料的比例为
0.1
：
1—1:0.1。3.
根据权利要求1或2所述的柔性有机光电传感器，其特征在于：所述给体材料为
PM6
，所述第三组份为
BO
‑
4Cl。4.
根据权利要求3所述的柔性有机光电传感器，其特征在于：所述
PM6:Y6:BO
‑
4Cl
的比例为
1:1.08:0.12,1:0.84:0.36
或
1:0.6:0.6。5.
根据权利要求1或2或4任一项所述的柔性有机光电传感器，其特征在于：所述柔性基底为柔性薄膜，包括聚酰亚胺
、
聚甲基丙烯酸甲酯
、
热塑性聚氨酯，聚酯薄膜中的任一项；和
/
或所述底电极层包括铟锡氧化物薄膜
、
银纳米线薄膜
、
半透明银薄膜中的任意一种；和
/
或所述空穴传输层采用
P
型半导体材料，包括
PEDOT:PSS
，氧化钼中的任意一种；和
/
或所述电子传输层采用
N
型半导体材料，包括氧化锌
、PDINO、PNDIT
‑
F3N
中的任意一种；和
/
或；所述顶电极包括金
、
银
、
铝的任意一种
。6.
根据权利要求5所述的柔性有机光电传感器，其特征在于：所述柔性基底为
PET
，所述底电极层为铟锡氧化物，所述空穴传输层为氧化钼，所述电子传输层为氧化锌，所述顶电极层为银电极
。7.
根据权利要求4或6所述的一种柔性有机光电传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01
：首先用玻璃清洗液
、
去离子水
、
丙酮
、
异丙醇依次超声清洗玻璃衬底，然后使用氮气枪吹干玻璃表面，放置于培养皿中备用；
S02
：首先将溅射了
ITO
电极的柔性
PET
薄膜粘贴于处理好的玻璃衬底上，用丙酮
、
异丙醇依次超声清洗，然后使用氮气枪吹干，放置于紫外臭氧处理器中进行照射；
S03
：将
PEDOT:PSS
与蒸馏水以
1:1
的比例共混稀释，经超声充分分散后使用
PES 0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光辉，韩蕊蔓，张燕妮，李成涛，
申请(专利权)人：天津伏通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：