[发明专利]一种基于胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法，属于光电探测器技术领域。

背景技术

近年来，有机-无机复合光电导器件的研究受到了国内外科研工作者的广泛关注，并取得了许多研究成果。随着对半导体纳米晶的制备技术及其性质研究的突破，推动了纳米晶/聚合物复合器件的发展，人们纷纷将半导体纳米晶与有机聚合物相复合并应用于光电导器件的研究。

半导体纳米晶由于具有量子尺寸效应使其吸收光谱的峰位可以通过控制量子点的尺寸和形貌进行调节，有机聚合物可以通过溶液甩膜方式在衬底上成膜，具有工艺简单、成本低廉的优点，从而广泛应用于光电器件的制作中。另外，有机聚合物本身具有相对较大的激子束缚能以及低的电子迁移率等特性。因此将半导体纳米晶与有机(聚合物)材料复合并制备有机-无机复合光电导器件是目前应用研究的热点之一。这种光电导器件是构建施主-受主异质结的器件，在两种材料的界面处要求存在着由于电子亲合能和离化能之差形成的静电力，这就要求聚合物分子的电子亲合势和离化能比纳米晶要大，这样才会形成内建电场，从而驱使电荷分离。如果势能差大于激子束缚能，这些局域内电场会很强并使光生激子解离。另外，硫化铅(PbS)是一种重要的直接窄禁带半导体材料，在室温下，其禁带宽度约为0.4eV，其波尔激子半径则相对较大(～18nm)。这些特性使PbS对红外辐射很敏感，相对于其他溶液法制备的半导体量子点材料，PbS表现出了极大的优势而被广泛用作为红外探测材料。另外，由于MEH-PPV具有较低的离化势能(约在4.9eV和5.1ev之间)以及PCBM具有很好的空穴传输性能。因此，我们选用MEH-PPV和PCBM来作为载流子受体及载流子传输材料，并用PbS量子点来敏化它们，从而使器件的吸收光谱扩展到红外波段。此外，MEH-PPV与PbS量子点之间相近的HOMO能级以及PCBM与PbS量子点之间相近的LUMO能级分别有利于量子点产生的空穴和电子向相应电极的传输。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于胶体量子点的红外光电探测器及其制备方法，即利用胶体量子点PbS掺入到有机聚合物或有机聚合物的混合物中使其对太阳光的吸收增强并将其吸收光谱由可见光波段拓展到红外波段，从而增强了光电流强度、进而提高红外光电探测器灵敏度的制备技术和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种基于胶体量子点的红外光电探测器，包括氧化铟锡(ITO)玻璃、PEDOT:PSS空穴注入层、有机活性层和电极；其中有机活性层包括胶体量子点和有机聚合物；

上述的PEDOT:PSS是由PEDOT和PSS两种物质构成，PEDOT是EDOT(3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，PEDOT和PSS的质量比为1∶2.5；

上述胶体量子点为吸收峰在红外波段(波长大于800nm)的半导体材料，优选为PbS；

上述的有机聚合物为MEH-PPV和PCBM的混合物；

其中MEH-PPV为Poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1，4-phenylenevinylene]，PCBM为[6，6]-Phenyl C₆₁butyric acid methyl ester；胶体量子点、MEH-PPV和PCBM的质量比为2∶1∶4；

上述电极为功函数小于等于4.3eV的金属电极优选为铝电极、多层金属电极优选为Ca/Al或者金属合金优选为Mg/Ag合金；

上述的红外光电探测器还可以包括电子传输层和空穴传输层。

本发明的一种基于胶体量子点的红外光电探测器的制备方法，具体步骤为：

在ITO玻璃表面旋涂一层PEDOT:PSS空穴注入层，然后真空烘烤，烘烤温度为110～130℃，烘烤时间为10～30min；再在PEDOT:PSS空穴注入层上旋涂一层有机活性层；最后真空条件下在有机活性层上蒸镀电极，即得到红外光电探测器。

还可以通过设计ITO和电极不同的图案得到场效应晶体管结构的红外光电探测器。

有机活性层中的有机聚合物或胶体量子点吸收光子后，使得电子很容易由PbS转移到PCBM上，而空穴很容易由PbS转移到MEH-PPV上，这样就实现了电荷分离，由此可以看出这种界面电荷的转移和分离可以降低激子的复合速率，从而增加器件的光电导率。