一种超柔全有机双极性可穿戴光电探测器及其制备方法

1.本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及一种全有机双极性可穿戴光电探测器及其制备方法。


背景技术：

2.赋予光电探测器机械柔性和实际功能性是当前光电器件研究的热点。目前商用的探测器仍然以无机材料为主，然而无机材料本身是刚性的，很难满足下一代可穿戴柔性电子器件的要求。与无机半导体相比，有机半导体具有本征柔性以及加工方式简单，因此在柔性电子器件领域具有独特的优势。以有机半导体作为光敏层的有机光电探测器，几乎在所有指标上都能与低噪声硅光电探测器相媲美。双极性光电流输出特性能够赋予光电探测器实际功能性，可以为解决传统问题提供新的途径。传统的p-n结光电二极管需遵循单向电流流动的物理原理，需要利用光伏效应、光电化学效应和光热电效应等的共同作用来实现双极性光电流输出，因此，对光敏材料的选择和器件的制备有很高的要求。同时，以金属或金属氧化物电极在有机光电探测器领域中仍占主导地位，这会阻碍具有本征柔性器件的实现，此外，需要用到热沉积或电子束沉积技术的复杂工艺来制备金属或金属氧化物电极过程，大大增加了生产成本和生产周期。


技术实现要素：

3.针对上述技术现状，本发明的目的在于提供一种超柔全有机双极性可穿戴光电探测器及其制备方法。
4.本发明提供的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器，呈层状堆叠结构，自下而上依次为超柔有机衬底，第一柔性有机电极，第一柔性有机界面层，有机半导体混合物，第二柔性有机界面层，第二柔性有机电极；其中：所述超柔有机衬底材料为pet、tpu、sebs中的任意一种；所述第一柔性有机界面层的材料为pedot:pss(clevios p vp 4083)，型号代表两者的比例；可用4083代称；所述有机半导体混合物为p3ht:pc71bm，两者质量比为1：1.2-1.6；优选质量比为1：1.5；第二柔性有机界面层为peie；所述第一柔性有机电极与第二柔性有机电极为同种材料ph1000；p3ht是一种3-己基噻吩的聚合物；ph1000，是pedot:pss的一种；型号为clevios ph1000，故代称为：ph1000；pc71bm（phenyl-c71-butyric-acid-methyl ester）,富勒烯衍生物的一种，cas:609771-63-3；peie（polyethylenimineethoxylated），乙氧基化的聚乙烯亚胺。
5.本发明中，作为优选：
所述第一柔性有机电极的厚度为200-400nm；所述第一柔性有机界面层的厚度为10-30nm；所述有机半导体混合物的厚度为400-800nm；所述第二柔性有机界面层的厚度为10-30nm；所述第二柔性有机电极的厚度为200-400nm。
6.本发明中，所述有机半导体混合物中，p3ht与pc71bm混合形成本体异质结，光电探测通过形成的本体异质结实现，光生载流子的收集通过第一电极层ph1000和第二电极层ph1000实现。
7.本发明还提供超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的制备方法，具体步骤如下：（1）清洗超柔有机衬底；（2）紫外臭氧（uvo）预处理超柔有机衬底，处理时间为15-25min；（3）采用喷涂的工艺在超柔有机衬底上喷涂第一有机电极层ph1000，喷涂完成后立即在100-120摄氏度下退火10-20min，得到光滑均匀的薄膜；（4）采用喷涂的工艺在第一有机电极层ph1000上喷涂第一有机界面层4083，喷涂完成后在100-120摄氏度退火20-30min，得到光滑均匀的薄膜；（5）采用旋涂的工艺在第一有机界面层4083上旋涂有机光敏活性层p3ht:pc71bm，旋涂完成后在100-120摄氏度退火20-40min，得到光滑均匀的薄膜；（6）采用喷涂的工艺在有机光敏活性层p3ht:pc71bm上喷涂第二柔性有机界面层peie，得到光滑均匀的薄膜；（7）采用喷涂的工艺在第二柔性有机界面层peie上喷涂第二有机电极层ph1000，得到光滑均匀的薄膜。
8.本发明中，所述的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器，与现有技术相比，具有以下特点和优势：（1）实现具有本征柔性的全有机光电探测器，能够贴合人体皮肤，并且能够在多次弯曲、弯折、扭转的场景下工作；（2）通过弯折或者翻转器件能够实现电流信号的极性转换，简化了传统的双极性光电流输出器件的结构和机理；（3）器件的制备过程只涉及到溶液法，工艺和设备简单、生产周期短，能够大大降低探测器的制备成本，有利于实现大面积的生产。
附图说明
9.图1是本发明实施例中的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器实物图。
10.图2是本发明超柔全有机双极性可穿戴光电探测器结构图示。
11.图3是本发明实施例1中的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的光电测试结果：翻转不同角度下、模拟太阳光开和关、无偏压下，电流随着时间的输出曲线；器件在模拟太阳光开-关切换时，能够稳定的输出电流。
12.图4是本发明实施例1中的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的光电测试结果：折叠不同角度下、模拟太阳光开和关、无偏压下，电流随着时间的输出曲线；器件在模拟太阳光开-关切换时，能够稳定的输出电流。
13.图5是本发明实施例2中的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的光电测试结果：翻转不同角度下、模拟太阳光开和关、无偏压下，电流随着时间的输出曲线；器件在模拟太阳光开-关切换时，能够稳定的输出电流。
14.图中标号：1为超柔有机衬底；2为第一柔性有机电极；3为第一柔性有机界面层；4为有机半导体混合物；5为第二柔性有机界面层；6为第二柔性有机电极。
具体实施方式
15.下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
16.实施例1，制备步骤为：（1）清洗超柔有机衬底pet；（2）紫外臭氧（uvo）预处理超柔有机衬底pet，处理时间为25min；（3）采用喷涂的工艺在超柔有机衬底上喷涂第一有机电极层ph1000，喷涂完成后立即在100摄氏度下退火15min，得到光滑均匀的薄膜；（4）采用喷涂的工艺在第一有机电极层ph1000上喷涂第一有机界面层4083，喷涂完成后在150摄氏度退火30min，得到光滑均匀的薄膜；（5）采用旋涂的工艺在第一有机界面层4083上旋涂有机光敏活性层p3ht:pc71bm，旋涂完成后在100摄氏度退火30min，得到厚度约为600nm光滑均匀的薄膜；（6）采用喷涂的工艺在有机光敏活性层p3ht:pc71bm上喷涂第二柔性有机界面层peie，得到光滑均匀的薄膜；（7）采用喷涂的工艺在第二柔性有机界面层peie上喷涂第二有机电极层ph1000，得到光滑均匀的薄膜，至此，完成超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的制备。
17.制备的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器，器件在模拟太阳光的照射下，无外加偏压下，翻转0
°
，45
°
，90
°
时，器件输出正向光电流，并逐渐达到最小，翻转角度超过90
°
后，器件光电流发生极性反转，在180
°
时达到最大反向电流。
18.制备的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器，器件在模拟太阳光的照射下，无外加偏压下，器件在未折叠时，输出正向光电流，在其折叠90
°
后，光电流达到最小，进一步折叠到180
°
，器件输出极性相反的光电流。
19.实施例2，制备步骤为（改变有机光敏活性层p3ht:pc71bm的厚度和退火时间）：（1）清洗超柔有机衬底pet；（2）紫外臭氧（uvo）预处理超柔有机衬底pet，处理时间为25min；（3）采用喷涂的工艺在超柔有机衬底上喷涂第一有机电极层ph1000，喷涂完成后立即在100摄氏度下退火15min，得到光滑均匀的薄膜；（4）采用喷涂的工艺在第一有机电极层ph1000上喷涂第一有机界面层4083，喷涂完成后在150摄氏度退火30min，得到光滑均匀的薄膜；（5）采用旋涂的工艺在第一有机界面层4083上旋涂有机光敏活性层p3ht:pc71bm，旋涂完成后在100摄氏度退火15min，得到厚度约为400nm光滑均匀的薄膜；（6）采用喷涂的工艺在有机光敏活性层p3ht:pc71bm上喷涂第二柔性有机界面层peie，得到光滑均匀的薄膜；
（7）采用喷涂的工艺在第二柔性有机界面层peie上喷涂第二有机电极层ph1000，得到光滑均匀的薄膜，至此，完成超柔全有机双极性可穿戴光电探测器的制备。
20.制备的超柔全有机双极性可穿戴光电探测器，器件在模拟太阳光的照射下，无外加偏压下，翻转0
°
，90
°
，180
°
，未发生翻转时，器件输出正向光电流，当翻转90
°
时，器件输出的光电流降至最小，翻转角度超过90
°
后，器件光电流发生极性反转，在180
°
时达到反向最大光电流。