光电集成器件及其制备方法

本发明涉及有机光电子领域，尤其涉及一种光电集成器件及其制备方法。

背景技术：

1、随着科技的发展，人类迈入了信息时代，“互联网+”“和工业5.0”在将社会带入智能化、自动化和高速化的同时，也对各种设备在高效化、集成化、多功能化、节能化和小型化以及环保化等方面提出了更高的要求。其中，紫外探测-电致发光一体化光电器件，由于可用于机器视觉、航天技术、导弹尾焰预警、空间探测传输、非视距保密光通信、海上破雾引航、高压电晕监测、野外火灾遥感、生化检测、医学消毒、特种显示、等军用和民用设备中，特别地，紫外探测-电致发光一体化器件在矿井、坑道等低亮度高危险工作环境和飞行头盔显示、被导弹锁定预警等领域更是发挥着稳定及不可替代的作用，而成为科研界最受关注的多功能一体化器件之一。

2、然而，传统的有机光电子器件存在一些问题：1、传统的有机电致发光器件不具有紫外探测功能，这是因为通常用于紫外探测的材料，往往会被设计成具有强烈荧光淬灭的给体-受体结构，但该材料的电致发光效率会非常低；2、传统的双功能器件几乎都是探测器件与显示器件分离的，在集成时工艺很麻烦，且操作难度和成本较高；3、传统的双功能器件发射光谱大多为红光和绿光，而在实际显示应用中蓝发射光由于禁带宽度大导致的寿命短，色纯度不够的问题已成为显示行业的瓶颈；4、传统光电集成器件性能较差，远不能同对应单一功能器件的性能相提并论；5、日常应用于传统有机光电子器件中的基板材质包括玻璃、石英、硅等。然而，玻璃基板、石英基板和硅基板具有质地硬、重量大、携带不方便、不可降解等缺点，并且易碎，不具备柔性，不能适应将来器件向可穿戴和一体化集成方向发展的趋势。

3、所以研发出一种光电集成器件及其制备方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种光电集成器件及其制备方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、光电集成器件，包括由下往上依次设置的透明衬底、阳极层、空穴注入层、空穴传输层、激子调控层、有机活性层、空穴阻挡层、电子传输层、超薄缓冲层、倍增层、电子注入层、阴极层，有机活性层的制备材料包括材料一或材料二或材料三，材料一的分子结构为：

4、

5、材料二的分子结构为：

6、

7、材料三的分子结构为：

8、

9、光电集成器件的制备方法，包括以下步骤：

10、s1、对由ito玻璃基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

11、s2、紫外光照射处理ito玻璃基板；

12、s3、将处理后的透明衬底在高真空度的蒸发室中，开始进行有机薄膜的制备，按照器件结构依次制备空穴注入层、空穴传输层、激子调控层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、超薄层、倍增层；

13、s4、在真空蒸发室中进行阴极层的制备；

14、s5、在负电压下，测试器件在紫外光照射和无紫外光照射条件下的电流-电压特性曲线，在正电压下，测试器件的电流-电压-亮度特性曲线和发光光谱。

15、本发明的有益效果在于：

16、1、该光电集成器件在探测模式下，引入c60作倍增层，活性层和倍增层同时在紫外波段响应，提高了光利用率，使得器件光电流大大提升，同时空穴阻挡层和超薄层阻挡了空穴的传输，降低了暗电流，使得该器件探测率大大提升；

17、2、该光电集成器件引入新的活性层材料，基于d-π-a构型的分子结构设计，具有给体-受体结构，保证有机半导体材料成膜后，分子通过聚集，形成分子堆积，形成了载流子传输的通道，可以传输电子和空穴，具有较高的载流子迁移率，通过d基团和a基团间以π基团连接可有效增加二者的间的距离，因而其激子束缚能弱，在紫外光激发下利于激子的解离产生光电流；

18、3、该光电集成器件在电致发光模式下，倍增层和超薄缓冲层的加入减小了阴极与电子传输层之间的势垒，降低了启动电压，提高了载流子迁移率，也使得空穴电子传输速率更加匹配，调整了复合区域，提升了发光效率；

19、5、具有紫外探测的蓝光oled器件集成度高，器件超薄，制备工艺简单，设备要求低，制程短，耗时少，成本低。

20、6、该光电集成器件为既能实现有机电致发光器件电致发光功能，又能实现有机紫外探测器紫外探测功能的多功能器件,且在发光模式下能实现高色纯度的蓝光发射。

技术特征：

1.光电集成器件，其特征在于，包括由下往上依次设置的透明衬底、阳极层、空穴注入层、空穴传输层、激子调控层、有机活性层、空穴阻挡层、电子传输层、超薄缓冲层、倍增层、电子注入层、阴极层，有机活性层的制备材料包括材料一或材料二或材料三，材料一的分子结构为：

2.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，激子调控层材料的homo能级的绝对值不高于有机活性层材料的homo能级的绝对值，激子调控层材料的lumo能级的绝对值不高于有机活性层材料的lumo能级的绝对值，空穴阻挡层材料的lumo能级的绝对值不低于有机活性层材料的lumo能级的绝对值。

3.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，透明衬底的制备材料为玻璃、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一种；其中透明聚合物的制备材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂、聚丙烯酸中的任意一种；生物可降解的柔性材料为植物纤维、丝素蛋白、明胶、聚乳酸、葡萄糖、病毒纤维素、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚已内酯、聚羟基烷酸酯、多糖类、聚醇酸及其共聚体、胶原凝胶、纤维蛋白凝胶中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，阳极层的制备材料为氧化铟锡、导电聚合物聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯、碳纳米管、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线中的任意一种；

5.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，空穴注入层的制备材料为三氧化钼，2,3,6,7,10,11-六氰基-1,4,5,8,9,12-六氮杂苯并菲。

6.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，空穴传输层的制备材料为芳香族二胺类化合物、芳香族三胺类化合物、咔唑类化合物、星形三苯胺类化合物、呋喃类化合物、螺形结构化合物、聚合物材料中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，空穴阻挡层的制备材料为噁二唑类化合物，喹喔啉类化合物的一种。

8.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，电子传输层的制备材料为金属配合物、含氮杂环化合物、蒽类化合物、有机硅材料、有机硼材料、有机硫材料中的任意一种；超薄缓冲层为氟化锂；倍增层的制备材料为c60；电子注入层为氟化锂；阴极的制备材料为金属薄膜或合金薄膜，金属薄膜为锂或镁或钙或锶或铝或铟薄膜，合金薄膜为锂或镁或钙或锶或铝或铟分别与铜或金或银的合金。

9.根据权利要求1所述的光电集成器件，其特征在于，空穴注入层、空穴传输层、激子调控层、活性层、电子传输层、空穴阻挡层、超薄缓冲层和倍增层总厚度不超过105nm，阴极厚度不超过100nm。

10.光电集成器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种光电集成器件及其制备方法，在外加正向电压的驱动下，该有机双功能器件能够实现蓝光发射，而在外加反向电压的驱动下，该器件可以实现紫外探测功能。该光电集成器件同时具有蓝光发射与紫外探测的双重功能。本发明引入新的活性层材料，同时加入倍增层，实现光电流的大幅提升，又引入空穴阻挡层和超薄缓冲层，平衡电荷传输势垒，降低暗电流，同时调整空穴电子传输速率，使其相匹配，实现探测和发光性能的提高，电子注入层的加入，平衡了注入势垒，阻挡水氧入侵，提高了器件功能层在空气中的稳定性，并且分散了激子非辐射复合产生的热量，具有易集成、厚度薄、制程短、成本低的诸多优点。

技术研发人员：于军胜,白雲水,郜燕南,王子君
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13