[發明專利]一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202010058582.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244290B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 蔡婉珠;羅旭豪;侯林濤;馬麗娥;蔣豫蓬
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H10K71/12
• 分類號: H10K71/12;H10K71/40;H10K30/30;H10K30/60
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發明公開了一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜及其制備方法與應用。制備方法為：配制含有電子給體和電子受體混合溶液，然后用槽模打印頭在正交溶劑液面進行導流，注入混合溶液，形成規則帶狀薄膜。在溶劑揮發過程中兩種高分子通過自組裝形成有序排列結構薄膜，漂浮于正交溶劑液體表面。薄膜中兩種高分子呈現有序排列，具有光學各向異性，并且兩者之間的電荷轉移效應使其具有優異的光伏特性；使用該薄膜制備的太陽能電池器件和光探測器，可實現偏振光角度敏感響應，實現偏振光敏感探測，在天文，醫學，工業，軍事和民用等多領域都有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于偏振光探測器技術領域，具體涉及一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜及其制備方法與應用。

背景技術

偏振態是電磁波的一個重要特征，根據偏振態的不同，電磁波分為線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光等。光束與物質相互作用之后被反射、透射和散射，其偏振態會發生改變，并攜帶幾何外形、材料結構和相對距離等多重信息，因此，對于偏振光的探測和利用是一項極其重要的應用研究，在天文，醫學，工業，軍事和民用等多領域都有無法比擬的應用優勢。與探測光的強度和波長分析不同，偏振光電探測器是獲取光束中的偏振信息、測量偏振光斯托克斯系列參量不可缺少的關鍵部件。傳統廣泛應用的偏振光敏感光電探測器是通過光電探測器附加偏振光學元件而組成的器件。所依賴的光學元件分為機械式偏光鏡、電控的液晶濾鏡和微型化偏振片等等，非常不利于器件向輕小型、集成化、模塊化、寬譜響應和低成本等方面發展，而且外加的光學部件本身會影響光信號的偏振態以及帶來額外的信號強度損耗，不利于實現高靈敏度偏振光探測成像系統的開發。

基于共軛高分子材料的光電探測器具有輕薄、加工簡易、適用不同襯底、響應光譜可通過分子設計靈活調控等多種優點，近年來得到了廣泛研究和關注。由于單個共軛高分子對光吸收具有偏光選擇性，其光學躍遷偶極矩沿著高分子鏈長方向，即單個共軛高分子對偏振方向平行于高分子鏈的光吸收系數最大。可見，如果薄膜中高分子的主鏈具有統一方向，薄膜就會具有各向異性光學性質。然而，由旋涂等溶液加工方法獲得的薄膜中高分子的主鏈方向是無規的，薄膜呈現各向同性光學性質，所制成的光電探測器無法對偏振光進行分辨。另外，只包含一種給體高分子或者一種受體高分子的有機光電探測器的激子分離效率很低，性能不好。基于兩種或兩種以上的給體/受體高分子共同構成的異質結可實現高效的光電探測器件。所以制備光學各向異性的共軛高分子異質結薄膜是實現偏振光探測器的有效方法。目前，通過摩檫力誘導策略調控高分子異質結取向的方法所制備的薄膜中分子有序性不高，基于該類薄膜的器件無法獲得較大的偏振光方向的分辨度；另外加工所用到的機械力等容易造成薄膜額外缺陷和破損，從而影響器件的性能。另外一種實現的策略是對共軛高分子異質結進行從下而上的自組裝，即是誘導溶液中的給體和受體高分子自發進行有序排列，隨著溶液干燥的過程形成各向異性的固態薄膜，并應用該薄膜制備有機偏光探測器領域。但是因為高分子之間以及高分子和環境之間存在多種類的弱相互作用力，并且不同作用力之間存在復雜的競爭關系，因此依賴該種復雜分子作用力同時進行兩種高分子自組裝難度極大。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜的制備方法。本發明同時對兩種光電功能共軛高分子進行有序化自組裝，形成具有偏振光選擇性吸收的半導體薄膜，且吸收產生的激子可以漂移擴散到給體/受體界面，高效解離成自由的電子和空穴，使基于該薄膜的有機偏振光電探測器實現了偏振光角度敏感探測。探測器偏光角度響應功能取決于共混高分子的有效自組裝排列程度和高分子之間強烈的電荷轉移，把偏光選擇性吸收產生的激子在給體/受體界面轉換為自由電荷載流子。

本發明的另一目的在于提供上述方法制得的一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜。

本發明的再一目的在于提供上述一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜在偏振光光電探測器中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種具光學各向異性的共軛高分子體異質結薄膜的制備方法，包括以下步驟：