一种柔性可见光传感器及其制备工艺的制作方法

本发明涉及印刷型传感器领域，更具体地，其涉及通过全打印成型工艺制备柔性可见光传感器的方法。

背景技术

可见光传感器是将可见光作为探测对象，将可见光的强度变化转换成电压或者电压变化的器件，广泛应用于便携式消费类产品(如智能手机、台式电脑以及便携式音乐播放器)、消费类电视机产品(包括液晶、等离子、背投以及crt电视等)、医疗、工业以及汽车领域等。

现有技术中可见光传感器多采用硅光电二极管或者硅光电三极管作为探测器，其结构中通常还包括滤光片或高分子封装材料，以滤除红外光和紫外光。硅光电二极管或三极管中，光活性层多采用对可见光有强烈光电效应的无机物(如硫化镉)，这类无机物通常经旋涂或蒸镀工艺沉积在电极上。其存在的问题是：1)硅片作为基底，以无机物作为活性层制备的器件是非柔性的，限制了其在可穿戴方面的应用；2)随着传感器件微结构化的发展，传统工艺中通过溅射、掩模光刻法/腐蚀或者蒸镀工艺制备电极，由于掩模版制备工艺复杂，增加了微结构化器件的制备难度，并且蒸镀工艺也不适合微结构化器件的制备，且难以实现快速大规模的制备，同时，工艺难以调控，导致传感器的灵敏度欠佳；3)光活性层采用无机物，而硫化镉和硅的光电特性均为可见光至近红外接受的范围，因此需要额外增加红外线吸收材料层，如陶瓷/金属壳体/蓝玻璃，增加了成本，且使工艺复杂化，另外，无机物形成光活性层通常采用光刻、注入或蒸镀工艺，设备昂贵、工艺复杂，在成器件制备成本上升，且难以快速、大面积制备产品。

因此，提供一种柔性、高灵敏度、稳定性良好、成本低、制备工艺简单的可见光传感器及其制备方法是现有技术中亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明人经过大量尝试，一方面提供了一种柔性可见光传感器，包括柔性衬底、电极层和光活性层，其中所述光活性层为有机半导体膜层，所述电极为微阵列电极。本发明第二方面提供了柔性可见光传感器的全打印制备方法，其在柔性基底上依次喷墨打印制备电极阵列和有机半导体膜层。

具体地，本发明一方面提供了一种可见光传感器，包括柔性基底，电极层，光活性层，其特征在于：所述光活性层为由有机半导体混合液制成的膜层，且所述电极层为微阵列电极层。

优选地，所述微阵列电极为插指状微阵列电极。

优选地，所述有机半导体混合液为ptb7-th/pc60bm混合物溶液或p3ht/pc71bm混合物溶液中的一种。

其中，优选地，所述ptb7-th/pc60bm混合物溶液中包括ptb7-th/pc60bm和有机混合溶剂，所述混合物溶液中ptb7-th的浓度为5-10mg/ml，pc60bm的浓度为8-12mg/ml；更优选地，所述有机混合溶剂由四氢萘、甲苯和三甲苯组成，各组分体积比为1:1:1。

其中，优选地，所述p3ht/pc71bm混合物溶液包括p3ht、pc71bm和有机混合溶剂，所述混合物溶液中p3ht的浓度为5-10mg/ml，pc71bm的浓度为6-10mg/ml；更优选地，所述有机混合溶剂由四氢萘和甲苯组成，两组分体积比为1:1。

优选地，所述柔性基底为pet、pen或pi中的一种。

优选地，所述电极层为银电极层。

本发明第二方面提供了前述第一方面所述的可见光传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)配置用于制备有机半导体膜层的有机半导体混合物溶液；

2)选取合适的柔性基底，制备电极层；

3)沉积有机半导体膜层，在2)中所得电极层上，沉积1)中配置的有机半导体混合物溶液，使混合物溶液填充电极阵列的每个沟道，形成多个并联器件的阵列式光电传感器。

优选地，通过喷墨打印法制备电极层。

优选地，通过喷墨打印法制备有机半导体膜层。

优选地，前述所述的可见光传感器的制备方法，还包括对有机半导体膜层进行热处理，且热处理的温度为100℃，热处理时间为30-60min。

优选地，在前述可见光传感器的制备方法中，打印所述有机半导体膜层时，打印机喷头温度为45℃，基底温度为50℃，打印分辨率为15μm。

在以上技术方案中，通过选取柔性材料作为传感器的衬底，选取合适的有机物组分并配制合适的墨水，在柔性基底上依次打印电极层和有机半导体膜层，从而实现了制备了以有机半导体材料为光活性层的柔性可见光传感器，多制备的柔性可见光传感器具有结构简单、高灵敏度、良好的稳定性、低成本、高设计灵活性的特点，且由于实现了电极和光活性层的全打印制备，与现有技术中喷涂、旋涂、光刻等工艺相比，节约了原材料，简化了制备工艺，且适于微结构化产品的制备。另外，本发明所涉及的技术方案还具有可快速、大面积制备传感器件的技术效果。

另外，以上方案可以用于其他柔性电子器件的制备。

附图说明

图1为通过本发明优选的实施例中所述的方法在柔性基底上通过喷墨打印法制备的电极阵列的图案。

图2为根据本发明实施例所述方法制备的可见光传感器在固定光照强度下的时间-电流特性曲线。

图3为根据本发明的实施例制备的柔性光电传感器在不同光照强度下的时间-电流特性曲线。

具体实施方式

为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文结合附图和优选的实施例对本发明的结构及使用方法做进一步说明，但实施例不视为对本发明的保护范围的限定。

实施例1

传感器的制备

(1)柔性电极阵列的制备：在柔性基底上喷墨打印银电极阵列，电极宽度和沟道的间距以及阵列中单个器件的数量可根据需要调节。

(2)配置有机半导体墨水(两种)：1)ptb7-th的浓度为7.8mg/ml、pc60bm的浓度为10.2mg/ml，溶剂为四氢萘、甲苯和三甲苯的混合物，体积比为1：1：1；2)p3ht的浓度为5mg/ml、pc71bm的浓度为7.5mg/ml，溶剂为四氢萘和甲苯的混合物，体积比为1:1。

(3)有机半导体层的打印：打印机为fujifilmdimatixdmp-2831，喷头温度为45℃，基底温度为50℃，dpi为15μm，于100℃下加热10min后处理。

(4)采用keithley4200半导体测试仪对所制备的全打印的柔性阵列式可见光传感器进行测试，偏压为5v，光照强度为1.54cd/cm²。

图1为根据本发明实施例所述方法在柔性基底上喷墨打印制备的电极阵列的图案。图1仅为本发明优选实施例，实际应用中，可根据需要灵活设计电极的微阵列结构。

图2为根据本发明实施例所述方法制备的可见光传感器在固定光照强度下的响应和恢复曲线。由图可知，关灯状态下，电流位于很低的水平，开灯状态下，电流明显增加，关灯后，电流又恢复之前的低值，响应速度和恢复速度都很快，说明传感器具有高灵敏度，而多次循环测试结果保持稳定则说明器件性能稳定性良好，可进行多次重复使用。

图3为根据本发明的实施例制备的柔性光电传感器在不同光照强度下的时间-电流特性曲线。由图可知，当光照强度逐渐增加时，电流也会随之逐渐增加，光照强度降低时，电流也会相应地减少，并且该光电传感器对不同的光照强度具有较好的分辨能力，也说明传感器具有较高的灵敏度。

本发明中所述可见光传感器为柔性设备，且形状和尺寸均可任意设计，可用于可穿戴设备中。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明的保护范围，本领域技术人员在脱离本发明的原理的前提下，根据本发明权利要求书及发明内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利申请的保护范围。