一种自供电的可见光盲的红外光电探测器及其制备与应用

本发明属于半导体领域，具体涉及一种自供电的可见光盲的红外光电探测器及其制备与应用。

背景技术：

1、红外光电探测器被广泛应用于成像、化学分析和人工智能等领域。目前商用的红外光电探测器主要是由无机半导体制成，价格昂贵且工艺复杂。有机半导体质轻、柔性且可溶液加工，此外，有机半导体的也可以通过化学结构的改性调节吸收光谱范围，从而更加适用于光电探测器的光谱调制。然而，值得注意的是，大部分能检测到红外光的有机光电探测器是宽带光电探测器，这种有机光电探测器会同时检测到可见光和红外光波段。

2、目前的可见光盲红外有机光电探测器实现方式主要有以下两种：(1)电荷收集窄化策略：由于不同入射波长的光子所产生的电荷收集效率不同，通过调整活性层厚度可以调整载流子在器件内部的分布。红外光子能量接近活性层光学带隙，可以在活性层中穿透较深的距离并且在活性层本体中产生光生载流子，而可见光的光子能量高于活性层光学带则会在透明电极附近产生光生载流子。由于在电极附近产生的载流子需要越过较长的距离才能到达背电极，而活性层本体中产生的电子-空穴传输则会更加平衡，由此导致了器件对红外光波长响应。(2)激子解离窄化策略：有机半导体在吸收光子后通常会产生局部的frenkel激子，这种激子束缚能较高，扩散距离较短，通过将宽带隙给体材料和窄带隙受体材料制备成平面异质结结构，使得在给体前层中受可见光光子激发所产生的frenkel激子在有限的寿命内无法到达给/受体界面，只有穿透距离较深的红外光光子才能到达给/受体界面，从而实现对特定波长光的响应。这些制备工艺需要对有机光活性层的有机分子结构要求较高，且有机活性层的厚度会对红外光吸收的波长有较大影响。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种自供电的可见光盲的红外光电探测器及其制备与应用。

2、本发明提供了一种自供电的可见光盲的红外光电探测器，具有这样的特征，包括：沿光线入射方向依次设置的钙钛矿滤光层、透明导电衬底、空穴传输层、有机半导体光活性层、电子传输层和金属电极。

3、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，钙钛矿滤光层的材料为fapbi3，cspbi3，mapbi3或mafapbi3中的任意一种或多种混合。

4、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，透明导电衬底为ito衬底、fto衬底或azo衬底。

5、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，空穴传输层的材料为pedot:pss、ptaa或poly-tpd。

6、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，有机半导体光活性层的材料为复合物受体和复合物给体通过电荷转移形成的有机电荷转移复合物。

7、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，复合物受体为非富勒烯受体cotic-4f、siotic-4f、ieico-4f、cotic-4cl或ieico-4cl，复合物给体为pce10或pdpp4t。

8、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，电子传输层的材料为pdino，pdinn或pfn-br。

9、在本发明提供的自供电的可见光盲的红外光电探测器中，还可以具有这样的特征：其中，金属电极的材料为为导电金属、导电金属氧化物或导电合金。

10、本发明还提供了一种上述任一项的自供电的可见光盲的红外光电探测器的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤s1，预处理透明导电衬底；

11、步骤s2，制备钙钛矿溶液并通过旋涂法在透明导电衬底的背面制备钙钛矿滤光层；

12、步骤s3，分别制备空穴传输层材料溶液、有机电荷转移复合物溶液以及电子传输层材料溶液，并通过旋涂法在透明导电基底上依次制备空穴传输层、有机半导体光活性层以及电子传输层；

13、步骤s4：在电子传输层上通过蒸镀或者压印制备金属电极后，制备得到自供电的可见光盲的红外光电探测器。

14、本发明还提供了一种上述自供电的可见光盲的红外光电探测器在红外光波段的弱光检测及成像中的应用。

15、发明的作用与效果

16、根据本发明所涉及的一种自供电的可见光盲的红外光电探测器及其制备与应用，本发明的自供电的可见光盲的红外光电探测器中的钙钛矿滤光层的材料为钙钛矿，有机半导体光活性层的材料为有机半导体电荷转移复合物，由于钙钛矿材料的光吸收波段主要在可见光波段，对红外光的吸收非常微弱，而有机半导电荷转移复合物则对可见光和红外光均有吸收，因此通过将钙钛矿层作为滤光层，以及有机半导电荷转移复合物为光活性层，制备得到的自供电的可见光盲的红外光电探测器对红外光信号有很高的灵敏度，具有优异的红外光响应性能，能够应用于红外光的弱光检测及成像。

技术特征：

1.一种自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器，其特征在于：

9.一种如权利要求1～8任一项所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种如权利要求1～8任一项所述的自供电的可见光盲的红外光电探测器在红外光波段的弱光检测及成像中的应用。

技术总结
本发明提供了一种自供电的可见光盲的红外光电探测器，包括：沿光线入射方向依次设置的钙钛矿滤光层、透明导电衬底、空穴传输层、有机半导体光活性层、电子传输层和金属电极。本发明还提供了上述自供电的可见光盲的红外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，预处理透明导电衬底；步骤S2，制备钙钛矿溶液并通过旋涂法在透明导电衬底的背面制备钙钛矿滤光层；步骤S3，通过旋涂法在透明导电基底上依次制备空穴传输层、有机半导体光活性层以及电子传输层；步骤S4：在电子传输层上通过蒸镀或者压印制备金属电极后，制备得到自供电的可见光盲的红外光电探测器。该自供电的可见光盲的红外光电探测器可应用于红外光波段的弱光检测及成像。

技术研发人员：黄佳,梁海霞
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12