一种光探测器及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于红外光探测与光热电发电领域，具体涉及一种光探测器及其制备方法 与应用。
【背景技术】
[0002] 红外光是指波长介于可见光与微波之间的电磁波，借助红外探测器可以检测红外 光辐射的存在。目前，红外探测器在导弹制导、防盗报警等军事国防和民用领域均具有广泛 的应用。常见的红外光探测器根据机制主要分为两种类型：热敏红外探测器和光子红外探 测器。但这两种红外光探测器都存在自身缺陷，如热敏探测器的探测能力相对较低，而高灵 敏度的光子红外探测器一般都需要在低温下工作。因此，开发探测能力强且能在室温下工 作的红外探测器具有重要的科学意义和应用前景。
[0003] 热电材料可以实现温差与电能的转换，而光热电效应是指采用光为热电材料建 立温差或利用光来调控热电材料的热电性质，即利用光来实现或影响温差与电能的转 换。随着材料多样化与器件加工工艺的不断发展，光热电效应在光探测、发电、调控等应 用方面取得了很大进展（（l)Buscema，M. ;Barkelid，M. ;Zwiller，V.;vanderZant，H. S. ；Steele,G.A. ；Castellanos-Gomez,A.Nanolett. 2013, 13, 358. (2)Kim,B. ；Shin,H.； Park，T. ;Lim，H. ;Kim，E.Adv.Mater. 2013, 25, 5483·)。值得注意的是，利用热电材料对红 外光的吸收可以高效创建温差并实现红外光的探测，从而制备光热电红外探测器并实现 该类器件在室温条件下的高效红外探测。此外，基于光热电效应原理的器件也可用于太 阳光发电。例如，利用商业化的光热吸收层，吸收太阳光创建温差，再利用无机热电材料 碲化秘用于热能转化为电能，光电转换的总效率可以高达6% (Kraemer，D. ;Poudel，B.; Feng,Η.-P. ；Caylor,J.C. ；Yu,B. ；Yan,X. ；Ma,Y. ；ffang,X. ；ffang,D. ；Muto,A.Nat. Mater. 2011，10, 532.)。
[0004] 近年来，有机热电材料由于其分子可设计、柔韧性好和可溶液法加工等特点引 起了人们的广泛关注。目前，P型和N型有机热电材料的ZT值分别达到0. 4和0. 2,展 现了良好的应用前景（（1)Bubnova, 0· ;Khan，Z.U. ;Malti，A. ;Braun，S. ;Fahlman，M.; Berggren,M. ；Crispin,X.Nat.Mater. 2011, 10, 429. (2)Kim,G. ；Shao,L. ；Zhang,K.； Pipe,K.Nat.Mater. 2013, 12, 719. (3)Sun,Y.M. ；Sheng,P. ；Di,C.A. ；Jiao,F. ；Xu,ff.； Qiu,D. ;Zhu,D.B. ;Adv.Mater. 2012, 24, 932.)。随着有机热电材料性能的不断提升，结合 强红外吸收有机热电材料开发和器件结构设计制备红外探测器件可以实现了柔性红外探 测器的低成本制备，对于推动光热电器件的应用具有重要意义。此外，利用光热电器件的能 量转化原理也可以实现有效的能量收集与发电。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种光探测器及其制备方法与应用。
[0006] 本发明提供的光热电器件，包括衬底、活性层和电极；
[0007] 其中，所述活性层位于所述衬底之上；
[0008] 所述电极的个数至少为两个，且所述电极均位于所述活性层之上，每个电极的面 积均小于所述活性层的面积，且所述电极之间均不接触。
[0009] 上述器件也可只由上述部件组成。
[0010] 上述器件中，构成所述衬底选自玻璃和柔性衬底的至少一种；
[0011] 构成所述电极的材料选自金属、合金、金属氧化物、重掺杂半导体和导电聚合物中 的任意一种；
[0012] 其中，所述金属为金、银、铝或铜；
[0013] 所述合金材料为镁银合金、钼金合金或镍锌合金；
[0014] 所述金属氧化物为氧化铟锡、二氧化锰或二氧化铅；
[0015] 所述重掺杂半导体为磷掺杂的硅、硼掺杂的硅或砷掺杂的硅；所述磷、硼或砷的掺 杂质量百分浓度均为1-3% ;
[0016] 所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩；其中，所述聚苯胺的数均分子量为 450-10 6,具体为20000 ;所述聚吡咯的数均分子量为300-106,具体为20000 ;聚噻吩的数均 分子量为400-106,具体为20000 ;
[0017] 构成所述活性层的材料为具有热电或者光热效应的材料，具体为Poly[Ax (M-ett)]，结构式如下
[0018] 其中：A为Na、K、Cu、C14Me3N或Bu4N，Me= -CH3,Bu= - (CH2) 3CH3);
[0019] |/[ = (：11或附；
[0020] x为 1-2,n= 100-10000。
[0021] 所述衬底的厚度为0. 001-1000mm，具体为800μπι;
[0022] 所述活性层的厚度为0· 01-1000μm，具体为5-50μm，更具体为10μm;
[0023] 所述电极的厚度均为10-3000nm，具体为100-500nm，更具体为200nm。
[0024] 本发明提供的制备上述光热电器件的方法，包括如下步骤：
[0025] 1)在所述衬底上制备活性层；
[0026] 2)在所述活性层上制备至少两个电极，并使每个电极的面积均小于所述活性层的 面积，且所述电极之间均不接触，得到所述器件。
[0027] 上述方法中，构成所述衬底、活性层、电极的材料与前述定义相同；
[0028] 所述衬底、活性层、电极的厚度与前述定义相同。
[0029] 制备所述电极的方法均为真空热蒸镀、磁控溅射或等离子体增强的化学气相沉 积；
[0030] 制备所述活性层的方法均为滴膜、喷墨打印、旋涂、提拉或蒸镀或其他有机物成膜 手段。
[0031]另外，上述本发明提供的光热电器件在光电探测中的应用及含有该光热电器件的 光电探测器，也属于本发明的保护范围，其中，所述光电探测为红外探测；所述光电探测器 为红外探测器。
[0032] 本发明根据有机热电材料对红外光的吸收原理，采用一类有机热电材料制备光热 电器件，该器件能在室温下实现红外光的有效探测，此外，该器件可以实现大面积高密度的 集成，利用太阳光发电。该基于光热电效应原理的探测器，探测光强范围广，尤其是在强光 作用下可以实现较大的电压信号输出；制备工艺简单，易于集成，可以实现在室温下大面积 范围内探测红外激光；对衬底没有特定的要求，容易制备柔性器件；且可以利用太阳光实 现大面积的器件集成与发电，该类器件集成方法简单，具有重要的应用价值。
【附图说明】
[0033] 图1为基于有机热电红外探测器的结构示意图：1为衬底，2为活性层，3为电极；
[0034] 图2为本发明实施例应用材料的分子式；
[0035] 图3为不同材料，将光打在活性层和电极的界面处时，产生的电压随着光强增强 变化曲线；
[0036]图4为激光强度为14. 3W/cm2(808纳米），通过开关控制，单组器件测试电压的回 复曲线；
[0037] 图5为制备集成的红外光探测器的照片；
[0038] 图6为在1. 5米距离之外，用手持光强度为150毫瓦（808纳米）激光随意打在集 成器件上，产生的电压信号曲线；
[0039] 图7为制备对太阳光响应的集成器件照片；
[0040] 图8为镂空的覆盖层贴在集成器件上，露出产生同一方向电压的活性层和电极的 界面；
[0041] 图9为39组器件对太阳光响应产生的电压。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所 述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0043] 实施例1
[0044] 1)将玻璃片经二次水、乙醇、丙酮超声、冲洗、氮气吹干后，等离子体表面清洁处理 后，浸泡于体积比为100 :1的由正己烷和十八烷基三氯硅烷组成的溶液中，10分钟后取出， 得到表面疏水的玻璃片，也即衬底；
[0045] 2)利用正己烷、无水乙醇、