[發明專利]一類氟硼二吡咯衍生物及其制備方法和利用其作為給體摻雜的光電探測器

有效

• 申請號: 202110318492.9
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113072589B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 劉淑娟;余波;趙強;陳曦;黃維
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: C07F15/00
• 分類號: C07F15/00;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 盧霞

本發明公開一類氟硼二吡咯衍生物及其制備方法和利用其作為給體摻雜的光電探測器；所述的所述氟硼二吡咯衍生物引入炔基作為一種P型半導體材料，且對紫外?可見?近紅外光敏感；所述廣譜光電探測器中的體異質結包含P型氟硼二吡咯衍生物和傳統的N型富勒烯材料，同時探測器器件中位于所述異質結薄膜的陽極一側依次設置空穴傳輸層PEDOT：PSS和透明導電襯底ITO玻璃，以及所述異質結薄膜陰極一側依次設置電子傳輸層C₆₀、電子緩沖層LiF和金屬背電極Al。本發明所述廣譜光電探測器，器件結構和制作工藝簡單，對溫度不敏感，且具備高的的響應度，探測器響應速度快，在光電通信等領域具有良好的應用價值。

技術領域

本發明屬于光電子領域，涉及一類氟硼二吡咯衍生物及其制備方法和利用其作為給體摻雜的光電探測器。

技術背景

近年來光電探測器(OPD)因其固有的機械柔性、易于加工、良好的光傳感性能和生物相容性等特性，在數字成像技術、傳感、通信技術、人工智能等領域引起了人們的廣泛關注。不同波長區域的光探測器在各類光電子技術領域中發揮了重要作用。因此研制高性能的可見光光電探測器,對科學技術發展有著重要的意義。

光電探測器中常用的光敏材料包括無機材料和有機材料等，但大多數無機半導體材料由于其從可見光到紅外區域的寬吸收光譜，不利于波長選擇性。光電探測而有機材料的種類較多，可靈活地設計分子結構來調節材料的物化特性，從而很好地彌補了無機材料的不足之處。有機材料中電荷的光電分離是通過光生Frenkel電荷轉移激子的解離發生的，其結合能范圍為0.1～1eV。有機材料在光探測中，低折射率允許光有效地耦合到器件中，典型的光吸收長度～50nm允許實現超薄光電探測器件。目前的主要挑戰之一是找到在NIR有較強的光吸收有機材料。氟硼二吡咯(BODIPY)材料是近年來最受關注的染料化合物之一。

已公開專利文本CN108807683A“一種寬光譜響應的倍增型有機光電探測器”公開了“一種寬光譜響應的倍增型有機光電探測器，其中，光敏層是由包含有機小分子給體材料(BODIPY材料)和有機小分子受體材料(PC₆₁BM或PC₇₁BM)的混合物制備的”。其公開的給體材料(BODIPY)在制備過程中會使用Pd(PPh₃)₄作為催化劑，這種鈀催化劑的使用會造成以下幾個問題，首先，鈀這類貴金屬由于價格高昂，一定程度上提高了氟硼二吡咯及其衍生物材料制備的成本，且鈀催化劑屬于危廢，回收成本高，處理不當對環境也會造成不良的影響；其次，由于鈀催化劑對氧氣十分敏感，制備過程中氧氣的控制需有嚴格的要求，制備過程較復雜。

發明內容

本發明目的在于提供一類氟硼二吡咯衍生物及其制備方法和利用其作為給體摻雜的光電探測器；所述一類氟硼二吡咯衍生物通過調節BODIPY遠端的取代基，實現氟硼二吡咯衍生物的近紅外廣譜吸收，實現與受體材料的高匹配的能級，且本發明提供的一類氟硼二吡咯衍生物制備過程更加簡單、成本低；所述光電探測器即包括給體與受體薄膜，采用本發明提供的所述氟硼二吡咯衍生物作為器件活性層的給體摻雜，在提高光電探測器的近紅外范圍的光探測率的同時還能降低器件的制備成本。

本發明的技術方案：

第一方面，本發明提供一類氟硼二吡咯衍生物，所述氟硼二吡咯衍生物分子為以下結構式中的任意一種：

其中，n≥1；

其中，化合物BODIPY-DN、BODIPY-TPN、BODIPY-TPP以下統稱為BODIPY-X；化合物Pt-BODIPY-DN、Pt-BODIPY-TPN、Pt-BODIPY-TPP以下統稱為Pt-BODIPY-X。

第二方面，本發明提供一類氟硼二吡咯衍生物的制備方法，所述氟硼二吡咯衍生物的合成路徑如下：