[發明專利]一種具有高探測率和低暗電流的全聚合物光探測器

有效

• 申請號: 202110276556.3
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113140678B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 段春暉;劉濤;吳寶奇;曹鏞
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H10K30/00
• 分類號: H10K30/00;H10K71/12;H10K71/40;H10K85/10;H10K85/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種具有高探測率和低暗電流的全聚合物光探測器，器件結構從下到上依次為襯底（1）、導電陽極（2）、空穴傳輸層（3）、光活性層（4）、電子傳輸層（5）和金屬陰極（6），其特征在于，光活性層材料由包含給體和受體的混合溶液制成，光活性層（4）采用的聚合物受體為PNDI-DTBT，給體包括PBDB-T、J51、PCE10或PTQ10聚合物中的一種以上；

所述金屬陰極（6）為Ag、Al或Au的不透明或半透明的電極材料；

所述導電陽極（2）為ITO、Ag、Al、Au中的一種以上；

所述空穴傳輸層（3）為PEDOT:PSS、MoO₃、PVK、P3HT中的一種或多種；

所述電子傳輸層（5）為PFN-Br、PDINO、PNDIT-F3N、ZrAcac、PEIE、TiO₂、ZnO中的一種或多種；

所述給體與受體質量比為1:(0.01～100)，所述給體與受體混合溶液的濃度為5～50mg/mL；

給體與受體混合溶液采用有機溶劑為主溶劑和0～5％含量的溶劑添加劑來制備光活性層，光活性層在真空下抽去添加劑后進行溫度為50~200 ℃、時間為0 ~ 60 分鐘的熱退火，光活性層的厚度在50 nm ~ 5 μm，光活性層面積在0.04 ~ 400 cm²；

所述襯底的材料為透明聚合物材料柔性襯底或者石英玻璃剛性襯底；

所述具有高探測率和低暗電流的全聚合物光探測器的制備方法，包括如下步驟：

（1）ITO基片的清洗：將ITO玻璃基底依此用二次回收異丙醇、洗滌劑水、超純水、干凈異丙醇進行超聲清洗15~20 min，清洗完畢后放入60~70 ℃的干燥箱中烘干或者用氮氣吹掃進行干燥；

（2）空穴傳輸層的沉積：ITO基片先在小于100 Pa的真空度下進行3~4分鐘的氧氣等離子體（Plasma）表面處理，隨后空穴傳輸層PEDOT:PSS水溶液通過濾孔直徑為0.22 μm的水相聚醚砜針式濾器過濾后在勻膠機上用3000 rpm旋涂30s，使其在Plasma處理后的ITO基片上得到40 nm的薄膜；再用150 ℃對基片烘烤15~20 min，除去PEDOT:PSS薄膜層的水分，并轉移至氮氣保護的手套箱里；

（3）活性層的沉積：光活性層均采用體異質結結構，聚合物給體和受體根據優化后的質量比進行稱量，共同溶于優化后的有機溶劑中，采用旋涂的方法加工活性層，通過調整溶液濃度和旋涂轉速來控制理想的活性層厚度；

（4）電子傳輸層的沉積：將PFN-Br溶解于甲醇中，制成0.5 mg/mL的溶液，利用旋涂的方法在活性層上方沉積一層PFN-Br薄膜；旋涂轉速為2000 rpm，旋涂時間為30 s；

（5）金屬頂電極的沉積：將基片轉移至蒸鍍艙內，當艙壓降低至6×10^-4 Pa以下時，加熱金屬Ag顆粒使其熱蒸發，最終在電子傳輸層上沉積一層厚度100 nm的金屬薄膜；

步驟（3）中，所述聚合物給體和受體采用PBDB-T:PNDI-DTBT體系：給受體質量比為1:1，加工溶劑為氯苯(CB)+1 vol. % 辛二硫醇（ODT），熱退火120 ℃/10 min；

或

步驟（3）中，所述聚合物給體和受體采用J51:PNDI-DTBT體系：給受體質量比為2:1，加工溶劑為溴苯（BB）+0.75 vol. % 二苯醚（DPE），熱退火100 ℃/10 min；

或

步驟（3）中，所述聚合物給體和受體采用PCE10:PNDI-DTBT體系：給受體質量比為1:1，加工溶劑為氯苯(CB)，不進行熱退火。