[發(fā)明專利]一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911392947.0
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN111162173B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于軍勝;王超;陳善勇;李璐
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 寧政

本發(fā)明涉及一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器，從下至上依次設(shè)置為襯底、透明導(dǎo)電陰極ITO、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和金屬陽極，所述電子傳輸層由ZnO納米顆粒溶液和摻雜PCBM混合而成，厚度為40～50nm。本發(fā)明通過優(yōu)化和修飾電子傳輸層，減少傳輸層中的缺陷，將電子傳輸層厚度提升至便于工業(yè)化生產(chǎn)的量級。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

有機(jī)光電探測器是利用具有光電效應(yīng)的材料制成的能夠?qū)崿F(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的傳感器。傳統(tǒng)的光探測器是用無機(jī)半導(dǎo)體材料制成，其制作工藝復(fù)雜，成本高，且不適于做大面積器件。由于有機(jī)材料具有高效的光敏感，質(zhì)輕，價廉，加工性能優(yōu)異等特點，更易制備小體積，低功耗，低成本的探測器件，能夠彌補(bǔ)了無機(jī)光探測器中普遍存在的設(shè)備昂貴、工藝復(fù)雜等缺陷。種類繁多的有機(jī)半導(dǎo)體材料也為有機(jī)光探測器件的發(fā)展和創(chuàng)新提供了很大的可選擇性，根據(jù)需要合成出具有相應(yīng)光電特性的新材料。因此有機(jī)光探測器將具有更大的研究空間和商業(yè)價值，比如在天文學(xué)，環(huán)境監(jiān)測，分光和醫(yī)學(xué)檢測儀器等。

目前ZnO薄膜的制備工藝主要分為利用前驅(qū)體反應(yīng)生成ZnO的溶膠凝膠法和將合成的ZnO納米顆粒分散到溶液中直接制備成薄膜的納米顆粒法。溶膠凝膠法ZnO粒徑小，薄膜較為致密，不易形成阻礙載流子傳輸?shù)娜毕荩悄ず褚话阒荒茏龅?0nm以內(nèi)，不利于實現(xiàn)大面積生產(chǎn)，而且配置的過程相對復(fù)雜。大顆粒徑ZnO納米顆粒分散液制備的電子傳輸層具有與光活性層接觸面積大，膜厚較厚，便于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點，但是采用旋涂ZnO納米顆粒分散液作為電子傳輸層時，由于ZnO納米顆粒粒徑為100nm左右，顆粒之間的間隙較大，容易形成缺陷，從而導(dǎo)致載流子的傳輸與分離受阻，同時ZnO納米顆粒薄膜的界面粗糙度相比溶膠凝膠法ZnO更為粗糙，使得器件擁有較大的界面接觸電阻與較高的載流子復(fù)合幾率，這都將嚴(yán)重制約器件的性能。因此，通過優(yōu)化和修飾電子傳輸層，減少傳輸層中的缺陷，將電子傳輸層厚度提升至便于工業(yè)化生產(chǎn)的量級，以及進(jìn)一步提升器件的探測率，是目前有機(jī)光電探測器領(lǐng)域研究的重點及難點之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)中存在的缺點和問題加以改進(jìn)和創(chuàng)新，提供一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器及其制備方法，通過優(yōu)化和修飾電子傳輸層，減少傳輸層中的缺陷，將電子傳輸層厚度提升至便于工業(yè)化生產(chǎn)的量級。

本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)造一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器，從下至上依次設(shè)置為襯底、透明導(dǎo)電陰極ITO、電子傳輸層、光活性層、空穴傳輸層和金屬陽極，所述電子傳輸層由ZnO納米顆粒溶液和摻雜PCBM混合而成，厚度為40～50nm。

優(yōu)選地，所述光活性層由電子給體材料P3HT和電子受體材料IEICO-4F混合而成，厚度為200～300nm。

優(yōu)選地，所述空穴傳輸層材料MoO₃，厚度為15nm。

優(yōu)選地，所述金屬陽極材料為Ag、Al和Au中的一種或多種，薄層厚度為100nm。

優(yōu)選地，所述襯底為透明聚合物材料，所述透明聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、氯醋樹脂或聚丙烯酸中的一種或多種。

本發(fā)明還提供一種摻雜型電子傳輸層的有機(jī)光電探測器制備方法，包括以下步驟：

步驟1：對由襯底及透明導(dǎo)電陰極ITO所組成的基板進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈桑?/p>

步驟2：將ZnO納米顆粒溶液和摻雜PCBM混合配置成電子傳輸層溶液，其中摻雜的PCBM體積比為3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％，再將配置好的電子傳輸層溶液旋涂至ITO基板上，并將旋涂后的基片進(jìn)行熱退火處理，得到電子傳輸層；