[發明專利]一種PbS量子點敏化有機光電探測器及制備方法

在審

• 申請號: 202210249108.9
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114628588A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 王鵬展;顧德恩
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

本發明提供一種PbS量子點敏化有機光電探測器及制備方法，器件的活性層主要由硫化鉛PbS量子點和聚3?己基噻吩P3HT組成，器件活性層中PbS量子點與P3HT有機活性層以平面異質結的方式結合，PbS量子點配體為1,2?乙二硫醇；依據本發明方法所制備的有機光電探測器探測范圍為300～1500nm，在可見光波段器件外量子效率最高為69.4％，比探測率最高為1.74×10¹²Jones，響應度最高為0.218A/W，在近紅外波段外量子效率最高為3.97％，比探測率最高為3.70×10¹¹Jones，響應度最高為0.046A/W。

技術領域

本發明屬于有機光電探測器活性層技術領域，具體涉及一種基于有機光電探測器活性層結構的制備。

背景技術

目前，商用光電探測器大多為無機光電探測器，但近些年隨著有機半導體材料的迅速發展，有機光電探測器(Organic Photodetectors，OPDs)逐漸出現在人們的耳目中，相較于無機光電探測器的高成本與復雜的制備方法，OPDs擁有質量小、靈活性強、易于制備、與柔性基板兼容性強等優點。基于這種特點，OPDs不僅可以附著在曲面上，做成各種曲面屏，還可以制備成為與人體皮膚相接觸的穿戴式探測器，用以在不影響日常生活的情況下檢測人的生理信號。除此之外，OPDs在醫療、工業、軍事、智能手機、汽車等領域均擁有者巨大的應用潛力。因此，OPDs的迅猛發展使其有望變為下一代的商業化光電探測器。盡管目前來說一部分OPDs的性能已經趕超無機光電探測器，但由于有機半導體具有較強的可加工性，而無機半導體材料又有著較高的載流子遷移率，人們已經愈加關注有機與無機混合光電探測器。

納米材料作為新興材料，因其可以根據材料尺寸調控光電性能，近些年不斷應用于光電探測器中。而量子點(QDs)作為經典零維無機材料，更是受到了無數學者的關注。零維材料顧名思義，是指三個維度都極小的納米材料，其半徑小于波爾激子半徑，一般來說，量子點的半徑在幾納米到幾十納米不等。而可用于液相處理的膠體量子點(CQDs)，因其明顯的量子限域效應，被廣泛應用于光電探測器中。而眾多量子點中，應用最廣泛的莫過于PbS量子點。

OPDs的探測波段因材料的限制主要集中在可見光波段，而近紅外量子點因具有較窄的帶隙而可以探測近紅外光波段，國內外對于單純的量子點光電探測器的研究已經較為成熟，而將紅外量子點與OPDs結合起來拓展探測波段仍然亟需研究。目前，國內外的研究主要集中在將應用較為廣泛的PbS量子點與OPDs活性層結合起來進行光譜拓寬，以及將其他量子點作為OPDs的電荷陷阱使其具有倍增效應。單純以量子點去拓寬OPDs的紅外光譜導致紅外波段比探測率較低，因此，需要將PbS量子點有效地與有機光電探測器結合起來，使器件在近紅外范圍擁有較好的探測能力。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明要解決的技術問題為：將PbS量子點與P3HT有機活性層以平面異質結的方式結合起來，并將PbS量子點配體由油酸置換為1,2-乙二硫醇，制備出性能超出體異質結結構器件的有機光電探測器。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種PbS量子點敏化有機光電探測器，器件的活性層主要由硫化鉛PbS量子點和聚3-己基噻吩P3HT組成，器件活性層中PbS量子點與P3HT有機活性層以平面異質結的方式結合，PbS量子點配體為1,2-乙二硫醇。

作為優選方式，從下至上依次包括襯底1、底電極2、電子傳輸層3、活性層4、空穴傳輸層5、頂電極6。

作為優選方式，PbS量子點的粒徑在4.5nm。

作為優選方式，所述底電極2為ITO透明電極，厚度為135nm。

作為優選方式，所述電子傳輸層3為ZnO薄膜。

作為優選方式，所述空穴傳輸層5為MoO₃薄膜，并且/或者所述空穴傳輸層中MoO3薄膜的厚度為10nm。