现代社会是信息社会,信息技术的发展对提高人的生活水平具有重要的战略地位。光电探测器接收光照辐射,将光信息转化成易于加工、处理和运算的电信号,提供光电传感的基本信号,否则后续的信息传递、信息处理如无源之水。就可见光-近红外波段的光电探测技术而言,其应用涵盖图像传感器到人脸识别、环境监控、军事红外制导、红外遥感、无损探伤、物质分析等各领域,可见-近红外光探测器都有不可替代的作用。与无机探测器对比,基于有机半导体材料的光电探测器拥有溶液加工、光学吸收谱范围及电子能级可调节等优势。随着非富勒烯小分子受体的出现,可探测波段覆盖可见光-近红外区域。但是各项参数性能优异、近红外响应、限制因素分析报道相对可见光探测较少。本博士学位论文的第一部分研究内容,在于利用新型小分子受体,结合不同器件结构与优化条件,从注入势垒、噪声、激子解离与光电流形成受限因素等角度,分析论证光电探测器性能提升的原因。学位申请人选用两种吸收互补的材料,宽带隙的电子给体材料PBDTTT-C-T（基于苯并二噻吩benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene单元的共轭聚合物）与窄带隙的电子受体材料FOIC（稠合八烷基fused octacylic）共混形成本体异质结,结合电子能级、电致发光和光致发光等测量结果,确认体系存在高效的光诱导电子转移与空穴转移通道,因而可以实现涵盖从紫外-可见光-近红外（短波）350-950 nm范围的宽光谱响应。研究比较传统正置结构和倒置结构对器件性能的影响,发现倒置器件电子注入势垒从0.88 e V增加到1.48e V,在-1 V的偏置电压下,暗电流密度可有效降低两个数量级至8.3×10^-10 A cm^-2。结合使用较厚的光活性层,器件具有旁路电阻大、热噪声低的特性。利用傅里叶频谱分析仪,确定了器件的总噪声电流低至10^-14A Hz^-1/2,900 nm噪声等效功率为3.8×10^-14 W Hz^-1/2,可探测0.24 p W cm^-2强度的微弱信号。据此可以计算确定器件的比探测率在430-920 nm范围可达到1×10¹³Jones以上。同时,研究还测量确定探测器的线性动态范围达到106 d B,上升沿与下降沿分别为12μs与14μs,-3 d B与-6 d B的截止频率分别为30 k Hz与60 k Hz,达到图像级传感器要求,可实现清晰成像。本博士学位论文的第二部分研究内容,基于吡嗪PTQ和异靛蓝PTIIG两个近红外系列材料的光电探测器,探索了其性能影响制约因素。学位申请人通过调整肖特基势垒结高度、使用不同特性的非富勒烯受体以及使用添加剂等手段,结合电容-频率测试,分析研究了介电常数以及能级态分布对器件性能的影响。重点探究了基于异靛蓝衍生物PTIIG-DTO用于制备高性能近红外光电探测器的前景。该材料介电常数高达12,理论上激子束缚能会低至50 me V,为制备基于金属-有机半导体异质结的光电探测器提供理想的研究体系。通过制备基于单一纯相材料为光活性层的肖特基势垒结器件,发现其在600-1600 nm范围内可探测的光响应,并在1000 nm处外量子效率为0.18%。尽管这一数值较基于给受体的本体异质结型器件低1-2个数量级,但是仍然达到了同类器件的最好水平之一。研究分析了具有高的介电常数PTIIG-DTO与电子受体HJF5所构成的本体异质结体系,性能偏离预期值的原因。经过缺陷分析可以确认,PTIIG-DTO中存在一定的深能级缺陷,自由载流子会被这些缺陷捕获,形成SRH复合（Shockley-Read-Hall recombination）,造成光生电流的损耗。基于该体系光探测器的性能,研究发现,通过在溶液中引入0.5%氯奈添加剂,可优化活性层形貌,降低带尾的能量无序度,从而降低深能级缺陷密度。本博士学位论文的第三部分研究内容,围绕实现具有光波段选择性的光探测器开展工作。这部分的工作基于一系列近红外响应电子给体聚合物和传统电子受体材料PCBM或新型窄带隙电子受体材料开展。研究工作探索了电子受体含量、器件结构、不同体系给受体比例、活性层厚度及电极界面缓冲层等因素对光探测器的光波段选择性的影响。通过上述影响因素的综合优化,在PBDTTT-C-T:ITIC体系与PDPP3T:Y6体系中实现了比探测率达到2×10¹¹ Jones的窄光谱响应近红外探测器,两者的半峰宽都在50nm,前者响应峰值在800 nm,后者响应峰值在940 nm。获得的光波段选择性光探测器的性能达到同类器件的最好水平之一。