一种全溶液法制备全碳柔性光探测器及其制备方法
【专利摘要】本发明属于光探测器领域，涉及一种全溶液法制备全碳柔性光探测器及其制备方法，该探测器包括柔性电极和中间活性层两部分。具体的，所述的电极是在柔性PET衬底上喷涂聚(3,4?乙烯二氧噻吩)?聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)电极；所述的中间活性层是将单壁碳纳米管(SWCNT)溶液和C60溶液分层喷涂在电极的沟道部分形成的中间活性层。最终制备一种全溶液法制备全碳柔性光探测器。该器件具有结构简单，性能优异等特点，且制备工艺简单，成本较低，具有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种全溶液法制备全碳柔性光探测器及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及光探测器领域，具体地说，涉及一种全溶液法制备全碳柔性光探测器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光探测器是一种把光能转换成电信号的电子器件。近年来，光探测器己广泛应用在光通信、远距离传感、工业自动控制、热成像、夜视和导弹制导等国民经济和军事领域。然而，部分光探测器中含有毒有害元素及刚性的特征限制了其进一步使用和发展。因此，很多西方发达国家制定了促进柔性电子器件发展的重大针对性研究计划，如日本的TRADIM计划、美国的FDCASU计划、欧盟第七框架计划中的Poly Apply和SHIFT计划等。因此，具有绿色环保、柔性、高灵敏度特征的探测器成为人们研究的焦点。
[0003]近年来，一系列的碳结构，如富勒烯，碳纳米点，碳纳米管，石墨烯和石墨烯量子点，由于其优异的化学、物理、机械和电子性能，已引起了人们巨大的研究兴趣。其优点如下:碳资源丰富，化学稳定性、良好的生物相容性和非毒性等。碳基材料被广泛应用于生物成像，医疗诊断、催化、光电等光电器件。以全碳为基础创建高性能光电器件，从而达到所得器件具有成本低、无毒性和化学稳定性等优点的目的。
[0004]现有技术中部分光探测器中含有毒、有害的元素及刚性的缺点，且部分光探测器的制备工艺相对复杂，所以，急需一种具有无毒、稳定的光响应、制备工艺简单的柔性全碳光探测器。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的缺陷和不足，本发明目的在于提供一种具有优秀响应能力的全溶液法制备全碳柔性光探测器。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种全溶液法制备全碳柔性光探测器，通过以下方法制备，具体步骤如下:
[0008]I)柔性衬底的处理；
[0009]2)电极的制备；
[0010]3)中间活性层的制备；
[0011]4)利用半导体测试仪，测试所得的光探测器。
[0012]进一步的技术方案，所述的步骤I)中柔性衬底的处理是将柔性衬底分别采用去离子水、乙醇、异丙醇、去离子水各超声10min-30min,氮气吹干。
[0013]进一步的技术方案，所述的柔性衬底为PET衬底。
[0014]进一步的技术方案，所述的步骤2)电极的制备是先将具有电极图案化的掩膜板置于柔性衬底上，然后将PEDOT/PSS溶液置于喷枪中，将其喷涂于掩膜板的空白处，进行电极喷涂，喷涂完成后，将掩膜板取下;加热台的温度为80°C_85°C。
[0015]进一步的技术方案，所述的PEDOT/PSS溶液在喷涂前需预处理，其操作为:用乙醇稀释至其质量分数为1.3%，再加入质量分数为5%的DMSO，充分混合均匀溶液;混合溶液可放在震荡器上进行震荡，时间为30min-60min使溶液混合均匀;现有的PEDOT/PSS溶液的质量分数为2%，用乙醇稀释至质量分数为1.3%，溶液稀释后，有利于溶液喷出喷枪而又不至于堵住枪口，嗔涂均勾，提尚光探测器的质量。
[0016]进一步的技术方案，所述的步骤3)中间活性层的制备是先将SWCNT溶液置于喷枪中，喷涂在电极的沟道部分，SWCNT层充分干燥后，将C6q溶液置于喷枪中，喷涂在SWCNT层上，加热台的温度为80°C-90°C，待中间活性层干燥后即得产品。
[0017]进一步的技术方案，所述的SWCNT溶液的制备是取5mgSWCNT于15mL的离心管中，加入1mL溶液，超声，时间为5-8h，形成分散均匀的SWCNT溶液，稀释SWCNT溶液的浓度至
0.006mg/ mL-0.0 lmg/ mL，所述的溶液为水、异丙醇、乙醇中的一种。
[0018]进一步的技术方案，所述的C6q溶液的制备是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均匀溶液，形成分散均匀C6q的饱和溶液;混合方式可采用用磁力搅拌器进行搅拌。
[0019]进一步的技术方案，所述的SWCNT溶液的用量为93uL-117uL/cm2;
[0020]所述的C6q溶液的用量为333uL-667uL/cm2。
[0021]所述的PEDOT/PSS是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸；SWCNT是单壁碳纳米管O
[0022]有益效果
[0023]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0024]1.本发明的器件结构简单，为平面型结构，而且具有性能优异的特点。
[0025]2.本发明的器件为全碳器件，无毒，成本较低。
[0026]3.本发明的器件衬底选的是PET柔性衬底，可以进行弯曲，在弯曲的过程中，器件仍能保持优良的性能。
[0027]4.本发明的制备为全溶液法制备，制备工艺简单，操作方便，具有广阔的应用前景。
[0028]5.本发明的中间活性层选用单壁碳纳米管(SffCNT)具有高载流子迀移率、易加工性、高机械灵活性等特点，单壁碳纳米管(SWCNT)和C6q作为中间活性层，光诱导电子从单壁碳纳米管转移到C6q，形成性能优异的光探测器件。
[0029 ] 6.本发明的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液制作电极，其具有良好的导电性能，机械灵活性等的特点。
[0030]7.本发明的全溶液法制备全碳柔性光探测器具有稳定，优异的光响应能力。例如:在进行V-1测试时，电流随着光的强度的不同，有明显的增强;在进行T-1的器件测试，当固定电压为2V条件下，弯曲之前光探测器的其最高电流/最低电流为38倍，弯曲时测量其最高电流/最低电流为17倍，弯曲结束后测试其最高电流/最低电流为34倍。以上均可说明我们的光探测器对光具有优秀的响应能力，且器件弯曲前后具有稳定的性能。
【附图说明】
[0031]图1为中间活性层单壁碳纳米管(SWCNTMPC6f^扫描电镜图片；
[0032]图2为光探测器的光暗IV曲线；
[0033]图3(a)为弯曲器件之前，用半导体参数分析仪进行测试的光电时间响应曲线图；
[0034]图3(b)为将器件用50ml离心管进行器件的弯曲测试的光电时间响应曲线图；
[0035]图3(c)为弯曲器件之后，用半导体参数分析仪进行测试的光电时间响应曲线图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。
[0037]以下所述仅是本发明的【具体实施方式】，本领域技术人员可通过该说明书所阐述的内容轻易地了解本发明的各项细节与应用，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改善和润饰，这些改善改进和润饰也应视为本发明的保护范围。实施例1
[0038]一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，按照以下步骤进行:
[0039]I)柔性衬底处理:柔性衬底分别采用去离子水、乙醇、异丙醇、去离子水各超声20min,氮气吹干。
[0040]2)制备电极:用乙醇稀释质量分数为2%的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液至质量分数为1.3%，加入质量分数为5%的二甲基亚砜(DMSO)溶液来增加其聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)的导电性。将此混合溶液放在震荡器上进行震荡，时间为30min使溶液混合均匀。取10uL聚(3，4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液置于喷枪中，进行电极的喷涂，加热台的温度为80 0C。
[0041 ] 3)制备中间活性层:中间活性层(尺寸为0.3cm* I cm)为单壁碳纳米管(SWCNT)和C60两层，首先制备单壁碳纳米管(SWCNT)溶液，方法如下:取5mg单壁碳纳米管(SWCNT)于15mL的离心管中，加入1mL异丙醇(IPA)溶液，置于超声机中进行超声，超声时间为6h，形成分散均匀的单壁碳纳米管(SWCNT)溶液，将溶液浓度稀释为0.006mg/mL。然后制备C6q的甲苯饱和溶液。取C6Q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，形成溶质为C6q，溶剂为甲苯的饱和溶液，用磁力搅拌器进行搅拌，形成分散均匀的C6q的饱和溶液。最后对单壁碳纳米管(SWCNT)和C6q进行分层喷涂。第一层:单壁碳纳米管(SWCNT)层，将单壁碳纳米管(SWCNT)溶液混合均匀后，取35uL的单壁碳纳米管(SWCNT)溶液置于喷枪中，对中间活性层的位置进行喷涂。加热台的温度为850C，将单壁碳纳米管(SffCNT)层充分干燥。第二层:C6q层，取10uL的C6q溶液置于干净的喷枪中，在第一层的基础上进行C6q溶液的喷涂，加热台的温度为85°C。
[0042]4)利用半导体测试仪，测试所得的光探测器随着光强的增加其光电流也不断的增加，且在固定电压为2V弯曲前后均能保持稳定的光电响应。
[0043]从图1中可以看出，C6q覆盖在单壁碳纳米管(SWCNT)上面，形成我们所需的中间活性层部分。
[0044]从图2中可以看出，光强不同，光电流具有明显的变化。
[0045]从图3(a)-图3(c)中可以看出，在固定电压为2V的情况下，电流随时间和光源的开关的变化，光探测器仍能保持优良的性能。
【主权项】
1.一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)柔性衬底的处理； 2)电极的制备； 3)中间活性层的制备； 4)利用半导体测试仪，测试所得的光探测器。2.根据权利要求1所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的步骤I)中柔性衬底的处理是将柔性衬底分别采用去离子水、乙醇、异丙醇、去离子水各超声10min-30min,氮气吹干。3.根据权利要求1或2所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的柔性衬底为PET衬底。4.根据权利要求1所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的步骤2)电极的制备是先将具有电极图案化的掩膜板置于柔性衬底上，然后将PEDOT/PSS溶液置于喷枪中，将其喷涂于掩膜板的空白处，进行电极喷涂，喷涂完成后，将掩膜板取下;加热台的温度为80°C-85°C。5.根据权利要求4所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的PEDOT/PSS溶液在喷涂前需预处理，其操作为:用乙醇稀释至其质量分数为1.3%，再加入质量分数为5%的DMSO，充分混合均匀溶液。6.根据权利要求1所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的步骤3)中间活性层的制备是先将SWCNT溶液置于喷枪中，喷涂在电极的沟道部分，SWCNT层充分干燥后，将C6q溶液置于喷枪中，喷涂在SWCNT层上，加热台的温度为80 °C -900C，待中间活性层干燥后即得产品。7.根据权利要求6所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的制备是取5mg SWCNT于15mL的离心管中，加入1mL溶液，超声，时间为5-8h，形成分散均匀的SWCNT溶液，稀释SWCNT溶液的浓度至0.006mg/mL-0.0 lmg/mL，所述的溶液为水、异丙醇、乙醇中的一种。8.根据权利要求6所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的C6q溶液的制备是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均匀溶液，形成分散均匀C6q的饱和溶液。9.根据权利要求6所述的一种全溶液法制备全碳柔性光探测器的制备方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的用量为93uL-l 17uL/cm2 ； 所述的C60溶液的用量为333uL-667uL/cm2 ο10.权利要求1-9任一项所述制备方法制得的全碳柔性光探测器。
【文档编号】H01L31/09GK106024923SQ201610597654
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】刘举庆, 曹立君, 黄维
【申请人】南京工业大学