[发明专利]一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器，从下至上依次设置为衬底、透明导电阴极ITO、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极，所述电子传输层由ZnO纳米颗粒溶液和掺杂PCBM混合而成，厚度为40～50nm。本发明通过优化和修饰电子传输层，减少传输层中的缺陷，将电子传输层厚度提升至便于工业化生产的量级。

技术领域

本发明涉及光电探测器件技术领域，尤其涉及一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器及其制备方法。

背景技术

有机光电探测器是利用具有光电效应的材料制成的能够实现光电转换的传感器。传统的光探测器是用无机半导体材料制成，其制作工艺复杂，成本高，且不适于做大面积器件。由于有机材料具有高效的光敏感，质轻，价廉，加工性能优异等特点，更易制备小体积，低功耗，低成本的探测器件，能够弥补了无机光探测器中普遍存在的设备昂贵、工艺复杂等缺陷。种类繁多的有机半导体材料也为有机光探测器件的发展和创新提供了很大的可选择性，根据需要合成出具有相应光电特性的新材料。因此有机光探测器将具有更大的研究空间和商业价值，比如在天文学，环境监测，分光和医学检测仪器等。

目前ZnO薄膜的制备工艺主要分为利用前驱体反应生成ZnO的溶胶凝胶法和将合成的ZnO纳米颗粒分散到溶液中直接制备成薄膜的纳米颗粒法。溶胶凝胶法ZnO粒径小，薄膜较为致密，不易形成阻碍载流子传输的缺陷，但是膜厚一般只能做到80nm以内，不利于实现大面积生产，而且配置的过程相对复杂。大颗粒径ZnO纳米颗粒分散液制备的电子传输层具有与光活性层接触面积大，膜厚较厚，便于实现大规模生产等优点，但是采用旋涂ZnO纳米颗粒分散液作为电子传输层时，由于ZnO纳米颗粒粒径为100nm左右，颗粒之间的间隙较大，容易形成缺陷，从而导致载流子的传输与分离受阻，同时ZnO纳米颗粒薄膜的界面粗糙度相比溶胶凝胶法ZnO更为粗糙，使得器件拥有较大的界面接触电阻与较高的载流子复合几率，这都将严重制约器件的性能。因此，通过优化和修饰电子传输层，减少传输层中的缺陷，将电子传输层厚度提升至便于工业化生产的量级，以及进一步提升器件的探测率，是目前有机光电探测器领域研究的重点及难点之一。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器及其制备方法，通过优化和修饰电子传输层，减少传输层中的缺陷，将电子传输层厚度提升至便于工业化生产的量级。

本发明的技术方案是构造一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器，从下至上依次设置为衬底、透明导电阴极ITO、电子传输层、光活性层、空穴传输层和金属阳极，所述电子传输层由ZnO纳米颗粒溶液和掺杂PCBM混合而成，厚度为40～50nm。

优选地，所述光活性层由电子给体材料P3HT和电子受体材料IEICO-4F混合而成，厚度为200～300nm。

优选地，所述空穴传输层材料MoO₃，厚度为15nm。

优选地，所述金属阳极材料为Ag、Al和Au中的一种或多种，薄层厚度为100nm。

优选地，所述衬底为透明聚合物材料，所述透明聚合物材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种。

本发明还提供一种掺杂型电子传输层的有机光电探测器制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对由衬底及透明导电阴极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；

步骤2：将ZnO纳米颗粒溶液和掺杂PCBM混合配置成电子传输层溶液，其中掺杂的PCBM体积比为3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％，再将配置好的电子传输层溶液旋涂至ITO基板上，并将旋涂后的基片进行热退火处理，得到电子传输层；