一种具有高线性动态范围的有机光电探测器及其制备方法

本发明涉及有机光电探测器，具体涉及一种具有高线性动态范围的有机光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、与传统的无机光电探测器相比，有机光电探测器(opd)在可穿戴、柔性电子、医学成像和健康监测等新兴领域逐渐显示出良好的应用潜力，因其具有高效光吸收、吸收波长可调、制备灵活、大面积、阵列化和易于集成等独特优势而成为下一代光学传感的候选器件。高性能的有机光电探测器需要具有低的暗电流和高的响应度，然而这两者很难同时获得。与同为溶液方法制备的钙钛矿探测器相比，很少有有机光电探测器超过200db的线性动态范围(ldr)，而钙钛矿型探测器仍然开发了超过260db的超高ldr。因此，如何克服噪声和响应度两者间的矛盾是制备高性能机光电探测器的关键挑战。

2、一般来说，提高有机薄膜厚度的厚膜策略(通常厚于200nm)是降低暗电流的主要措施，然而有机半导体的低载流子迁移率特性影响厚膜器件中光生载流子的收集，从而限制了响应度。使用电荷阻挡层是有效降低器件暗电流的另一种方法。人们提出了使用pdms作为介质衬底转移有机阻挡层的方法，这种方法克服了使用旋涂法制备电荷阻挡层时需要使用正交溶剂而带来的限制，实现了在-0.1v偏压下9na的低暗电流。但是需要使用将近130nm的超厚阻挡层来有效阻挡电荷载流子的注入，导致载流子传输距离长而导致的响应度损失。上述两种方法也很难同时得到低的暗电流和高的响应度。

技术实现思路

1、基于以上背景技术，本发明的目的在于提供一种使用水转印技术制备高质量有机阻挡层薄膜的方法，从而构建出一种平面结体异质结结合结构。制备的器件在-1v偏压下得到0.2na·cm-2的超低暗电流密度，同时在850纳米处具有0.49a/w的出色响应度，克服了低暗电流和高响应度的矛盾。得益于器件的超低暗电流与高响应度，在-0.1v下得到210db的高线性动态范围。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种具有高线性动态范围的有机光电探测器，该探测器的结构从下至上依次包括透明基底、透明电极氧化铟锡、空穴阻挡层聚乙氧基乙烯亚胺、体异质结活性层、有机薄膜阻挡层pm6、电子阻挡层三氧化钼、顶电极；其中体异质结活性层由电子给体材料pm6与电子受体材料y6两种材料制备而成。其中体异质结活性层厚度为100nm，有机薄膜阻挡层厚度为16nm。

4、本发明还提供一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：清洗由透明基底及透明电极所组成的基板，清洗完成后用氮气吹干；

6、s2：制备空穴阻挡层；将清洗好的基板在紫外臭氧清洗机中清洗20min，转移进氮气氛围的手套箱内，将稀释好的质量分数为0.1％的聚乙氧基乙烯亚胺溶液滴加在透明电极上采用旋涂法制备空穴阻挡层薄膜；

7、s3：制备体异质结活性层；在氮气气氛下，在空穴阻挡层上表面采用旋涂法制备体异质结活性层；其中采用pm6作为给体材料，y6作为受体材料，质量比为1:1.2，加入有机溶剂配置活性层溶液，加热搅拌，使溶液混合均匀，溶液总浓度为16mg/ml；

8、s4：制备有机薄膜阻挡层；使用有机溶剂配置pm6溶液，溶液浓度为8mg/ml，在体异质结活性层上采用水转印法制备有机薄膜阻挡层；

9、s5：制备电子阻挡层moo3，采用真空蒸镀法制备，电子阻挡层厚度为10nm；

10、s6：制备顶电极，在电子阻挡层moo3表面采用真空蒸镀法制备，顶电极厚度为100nm，得到具有高线性动态范围的有机光电探测器。

11、具体的，所述清洗的过程具体为：使用清洗剂搓洗，并用去离子水冲洗干净，接着依次使用酒精、丙酮、酒精超声清洗，每次超声清洗的时间为15min；

12、具体的，所述步骤s2中采用旋涂法制备空穴阻挡层薄膜时的转速为5000rpm，旋转60s，然后在100℃的加热台上热退火5min。

13、具体的，所述采用旋涂法制备体异质结活性层时旋涂转速和时间分别为2000rpm和40s，旋涂完成后在100℃下热退火处理5min，获得体异质结活性层。

14、具体的，所述水转印法具体为：在大气环境中，在装有去离子水的玻璃培养皿上滴加15μl的pm6溶液，待溶液在去离子水表面扩散开并且溶剂挥发之后，在去离子水表面得到pm6薄膜，将制备好体异质结活性层的器件倒置按压在薄膜上，用针头将多余薄膜割开，提起器件后即可将pm6薄膜转印至活性层薄膜上，转印完成后在100℃下热退火处理5min，得到有机薄膜阻挡层。

15、具体的，所述真空蒸镀的蒸镀压强为10-4pa。

16、具体的，制备体异质结活性层时的有机溶剂为氯仿。

17、具体的，制备有机薄膜阻挡层时的有机溶剂为氯苯。

18、本发明的有益效果是：

19、本发明提出了一种采用水转印工艺制备有机薄膜阻挡层从而构建平面结体异质结结合结构的有机光电探测器的制备方法，该器件采用pm6与y6两种材料制备体异质结活性层，通过水转印法制备有机材料pm6阻挡层，制备的器件在-1v偏压下得到0.2na·cm-2的超低暗电流密度，同时在850纳米处具有0.49a/w的出色响应度，在-0.1v下得到210db的高线性动态范围。

技术特征：

1.一种具有高线性动态范围的有机光电探测器，其特征在于，所述探测器的结构从下至上依次包括透明基底、透明电极氧化铟锡、空穴阻挡层聚乙氧基乙烯亚胺、体异质结活性层、有机薄膜阻挡层pm6、电子阻挡层三氧化钼、顶电极；其中体异质结活性层由电子给体材料pm6与电子受体材料y6两种材料制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器，其特征在于，所述体异质结活性层厚度为100nm，有机薄膜阻挡层厚度为16nm。

3.一种如权利要求1所述的具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，所述清洗的过程具体为：使用清洗剂搓洗，并用去离子水冲洗干净，接着依次使用酒精、丙酮、酒精超声清洗，每次超声清洗的时间为15min。

5.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中采用旋涂法制备空穴阻挡层薄膜时的转速为5000rpm，旋转60s，然后在100℃的加热台上热退火5min。

6.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，所述采用旋涂法制备体异质结活性层时旋涂转速和时间分别为2000rpm和40s，旋涂完成后在100℃下热退火处理5min，获得体异质结活性层。

7.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，所述水转印法具体为：在大气环境中，在装有去离子水的玻璃培养皿上滴加15μl的pm6溶液，待溶液在去离子水表面扩散开并且溶剂挥发之后，在去离子水表面得到pm6薄膜，将制备好体异质结活性层的器件倒置按压在薄膜上，用针头将多余薄膜割开，提起器件后即可将pm6薄膜转印至活性层薄膜上，转印完成后在100℃下热退火处理5min，得到有机薄膜阻挡层。

8.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，所述真空蒸镀的蒸镀压强为10-4pa。

9.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，制备体异质结活性层时的有机溶剂为氯仿。

10.根据权利要求3所述的一种具有高线性动态范围的有机光电探测器的制备方法，其特征在于，制备有机薄膜阻挡层时的有机溶剂为氯苯。

技术总结
本发明提供一种具有高线性动态范围的有机光电探测器及其制备方法，属于有机光电探测器技术领域，目前有机光电探测器所面临的一个主要问题是低暗电流与高响应度的矛盾，解决这一矛盾成了突破有机光电探测器性能的关键。为了解决这一矛盾，本发明构建了一种基于水转印法的平面结与体异质结结合结构，该结构结合了体异质结的高响应度以及平面异质结的低暗电流特性，能够有效的突破有机光电探测器在暗电流和响应度上的矛盾，从而获得高线性动态范围。基于该结构制备的有机光电探测器表现出在‑1V时为0.2nA·cm<supgt;‑2</supgt;的超低暗电流和在850nm时为0.49A/W的高响应度，这样的性能表现使得器件具有210dB的高线性动态范围。

技术研发人员：王军,罗瀚文,何美誉
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：2024/3/27