[發(fā)明專利]一種對(duì)于近紅外光具有高探測(cè)率的自驅(qū)動(dòng)有機(jī)光電探測(cè)器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110636079.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN113540356A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃輝;魏亞男
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 趙瑤瑤

本發(fā)明涉及構(gòu)建一種具有垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器，從而實(shí)現(xiàn)了較低的暗電流，獲得了一種對(duì)于近紅外光具有高探測(cè)率的自驅(qū)動(dòng)有機(jī)光電探測(cè)器。利用垂直相分離結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，增加了界面層與活性層間不利的電荷注入勢(shì)壘，以降低暗電流，獲得較高的探測(cè)率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及構(gòu)建垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器領(lǐng)域。經(jīng)過依次旋涂過程，從而構(gòu)建垂直相分離結(jié)構(gòu)，增加不利的電荷注入勢(shì)壘，以達(dá)到降低暗電流的目的，獲得具有較高探測(cè)率的有機(jī)光電探測(cè)器。

背景技術(shù)

有機(jī)光電探測(cè)器(OPDs)結(jié)合了有機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)出探測(cè)波長(zhǎng)可調(diào)、成本低、質(zhì)輕、可柔性制備等有點(diǎn)。構(gòu)建自驅(qū)動(dòng)光電探測(cè)器能夠在低功耗的條件下進(jìn)行獨(dú)立的、無(wú)線、可持續(xù)的工作。為了追求高的光子利用率，大多數(shù)研究人員通過將給受體共混從而構(gòu)建本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)結(jié)構(gòu)器件(BC器件)。但是，在BHJ結(jié)構(gòu)的器件中，給體材料和受體材料的隨機(jī)分布提高了載流子的復(fù)合幾率，導(dǎo)致電荷輸運(yùn)不平衡，進(jìn)而限制了器件性能。同時(shí)，由于給受體材料表面能的不同，其聚集方向也會(huì)產(chǎn)生差異。例如，在正向結(jié)構(gòu)器件中，表面能較低的組分傾向于聚集于較低表面能的空氣界面處，表面能較高的組分傾向于聚集在底部的界面處。這一性質(zhì)直接影響有機(jī)光電探測(cè)器中的活性層在垂直方向上的分布，從而造成了動(dòng)力學(xué)的不穩(wěn)定。此外，BC器件中由于界面層附近給體和受體的同時(shí)存在而產(chǎn)生不利的電荷注入，直接導(dǎo)致了暗電流的增加。

為了降低有機(jī)光電探測(cè)器的暗電流，在器件優(yōu)化過程中通常采用：1.構(gòu)建平面異質(zhì)結(jié)(PHJ)結(jié)構(gòu)器件；2.構(gòu)建垂直相分離結(jié)構(gòu)器件；3.引入阻擋層等。因此，通過構(gòu)建給體(D)區(qū)域、給受體共混(D:A)區(qū)域、受體(A)區(qū)域，從而構(gòu)建具有垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器(SD器件)。垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器減少了不利的電荷注入，有利于暗電流的降低，從而獲得較高探測(cè)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)的BC器件所存在的問題，提出了垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器(SD器件)。采用給體(D)區(qū)域、給受體共混(D:A)區(qū)域、受體(A)區(qū)域的制備而構(gòu)建垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器，該器件具有較高的電荷注入勢(shì)壘，較低的暗電流，從而獲得較高的探測(cè)率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器，垂直相分離結(jié)構(gòu)包括給體(D)區(qū)域、給受體共混(D:A)區(qū)域、受體(A)區(qū)域；

其中，所述的給體(D)區(qū)域選自D18、PM6、PBDB-T、P3HT中的任意一種或其組合；

其中，所述的給受體共混(D:A)區(qū)域選自D18:Y6、PM6:Y6、PBDB-T:IEICO-4F、P3HT:PC₇₁BM中的任意一種或其組合；

其中，所述的受體(A)區(qū)域選自Y6、IEICO-4F、PC₇₁BM中的任意一種或其組合。

此外，本發(fā)明還提供了垂直相分離結(jié)構(gòu)的有機(jī)光電探測(cè)器的制備方法，其特征在于：

(1)首先在含有界面層的導(dǎo)電基地上旋涂給體(D)材料的溶液，制備給體(D)區(qū)域；

(2)將保護(hù)溶劑旋涂于給體薄膜上形成保護(hù)溶劑涂層；

(3)在給體(D)材料的薄膜上旋涂受體(A)材料的溶液；

(4)經(jīng)過熱退火或溶劑退火，使得部分受體(A)溶液擴(kuò)散到給體(D)薄膜的上半部分，形成給受體共混(D:A)區(qū)域；

(5)同時(shí)，留在器件頂部的受體(A)材料形成受體(A)區(qū)域；

(6)經(jīng)過界面層旋涂、真空蒸鍍，從而得到所述的有機(jī)光電探測(cè)器。

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，其中步驟(1)所述的給體(D)材料溶液的溶劑選自氯苯；

在本發(fā)明的技術(shù)方案中，其中步驟(2)所述的保護(hù)溶劑為正辛烷、正壬烷或者正癸烷中的一種或其組合；