【摘 要】
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有机光电探测器具有诸如可通过简单的溶液法制备、低成本、可调控光响应范围以及轻便等优势吸引了越来越多研究者的目光。本论文主要研究了两种基于溶液法制备的有机半导体光电探测器,其中一个吸收385-505 nm波长范围内的光,另一个吸收光的波长范围主要在400-600nm,具有蓝光和绿光检测的潜力。此外,本论文将基于上述材料的光电探测器进行垂直堆叠,对蓝色和绿色双波段堆叠器件结构与性能进行了初步探索。本文
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有机光电探测器具有诸如可通过简单的溶液法制备、低成本、可调控光响应范围以及轻便等优势吸引了越来越多研究者的目光。本论文主要研究了两种基于溶液法制备的有机半导体光电探测器,其中一个吸收385-505 nm波长范围内的光,另一个吸收光的波长范围主要在400-600nm,具有蓝光和绿光检测的潜力。此外,本论文将基于上述材料的光电探测器进行垂直堆叠,对蓝色和绿色双波段堆叠器件结构与性能进行了初步探索。本文首先对基于聚合物有机半导体材料F8T2与小分子有机半导体材料PC61BM的光电二极管型有机光电探测器进行了优化与表征。将吸收蓝光的给体材料F8T2与在可见光区域有微弱吸收的电子受体材料PC61BM以1:1的比例混合,得到在蓝光范围具有高光响应的F8T2:PC61BM有机光电探测器。在-3V偏压下,器件在455nm处产生了 45.8%的EQE。在无外加偏压情况下,探测器的比探测率达到3.3×1012 Jones,响应时间低于6μs。为了开发在绿色波长范围内也有响应的光电探测器,本论文研究了具有光电流增益特性的有机光电探测器。该器件基于吸收绿色和蓝色波段的聚合物有机半导体MEH-PPV与小分子受体PC71BM。将少量的PC71BM(4%wt)与MEH-PPV混合作为活性层,制备“三明治”式Al/MEH-PPV:PC71BM/ITO器件。活性层中仅有少量的PC71BM不能形成连续的通道,从而充当电子陷阱。当在器件上施加较大的偏置电压时会观察到光电流增益,表现为EQE高于100%。这可以解释为由于电子俘获导致铝电极附近的能带弯曲,从而导致空穴隧穿进入MEH-PPV。此光电探测器的响应涵盖了蓝色和绿色波长范围,活性层在150℃退火时,-30 V偏压下器件在560 nm处EQE峰值大于1200%,比探测率达到2.2×1012 Jones,响应时间大约为1 ms。鉴于MEH-PPV器件的光电流增益可以抵消由于堆叠造成的部分光损耗,因此,本论文以F8T2:PC61BM和MEH-PPV:PC71BM光电探测器为基础,实现了双波段堆叠器件结构,其中F8T2:PC61BM器件位于堆叠构造的底部。首先,对F8T2:PC61BM和MEH-PPV:PC71BM之间的电极进行了优化,为了最小化光损失,使用了超薄电极。透明的PMMA用作上层和下层器件之间的隔离层以避免溶剂损坏活性层。对双波段堆叠器件的稳态光电流性能进行了初步表征,从而实现了该方法的实验验证。本论文通过使用溶液法制备有机光电探测器实现了双波段光谱选择性响应的垂直堆叠的器件结构,该垂直堆叠器件分别在蓝光和绿光波段实现分色响应。尽管性能优化有待加强,本论文中的研究表明,基于溶液制备的有机光电探测器堆叠是可行的,这为将来在基于溶液法处理的光谱选择性有机光电探测器进行彩色成像方面的研究提供了基础。
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