[发明专利]一种具有高探测率和低暗电流的全聚合物光探测器

权利要求书

1.一种具有高探测率和低暗电流的全聚合物光探测器，器件结构从下到上依次为衬底（1）、导电阳极（2）、空穴传输层（3）、光活性层（4）、电子传输层（5）和金属阴极（6），其特征在于，光活性层材料由包含给体和受体的混合溶液制成，光活性层（4）采用的聚合物受体为PNDI-DTBT，给体包括PBDB-T、J51、PCE10或PTQ10聚合物中的一种以上；

所述金属阴极（6）为Ag、Al或Au的不透明或半透明的电极材料；

所述导电阳极（2）为ITO、Ag、Al、Au中的一种以上；

所述空穴传输层（3）为PEDOT:PSS、MoO₃、PVK、P3HT中的一种或多种；

所述电子传输层（5）为PFN-Br、PDINO、PNDIT-F3N、ZrAcac、PEIE、TiO₂、ZnO中的一种或多种；

所述给体与受体质量比为1:(0.01～100)，所述给体与受体混合溶液的浓度为5～50mg/mL；

给体与受体混合溶液采用有机溶剂为主溶剂和0～5％含量的溶剂添加剂来制备光活性层，光活性层在真空下抽去添加剂后进行温度为50~200 ℃、时间为0 ~ 60 分钟的热退火，光活性层的厚度在50 nm ~ 5 µm，光活性层面积在0.04 ~ 400 cm²；

所述衬底的材料为透明聚合物材料柔性衬底或者石英玻璃刚性衬底；

所述具有高探测率和低暗电流的全聚合物光探测器的制备方法，包括如下步骤：

（1）ITO基片的清洗：将ITO玻璃基底依此用二次回收异丙醇、洗涤剂水、超纯水、干净异丙醇进行超声清洗15~20 min，清洗完毕后放入60~70 ℃的干燥箱中烘干或者用氮气吹扫进行干燥；

（2）空穴传输层的沉积：ITO基片先在小于100 Pa的真空度下进行3~4分钟的氧气等离子体（Plasma）表面处理，随后空穴传输层PEDOT:PSS水溶液通过滤孔直径为0.22 μm的水相聚醚砜针式滤器过滤后在匀胶机上用3000 rpm旋涂30s，使其在Plasma处理后的ITO基片上得到40 nm的薄膜；再用150 ℃对基片烘烤15~20 min，除去PEDOT:PSS薄膜层的水分，并转移至氮气保护的手套箱里；

（3）活性层的沉积：光活性层均采用体异质结结构，聚合物给体和受体根据优化后的质量比进行称量，共同溶于优化后的有机溶剂中，采用旋涂的方法加工活性层，通过调整溶液浓度和旋涂转速来控制理想的活性层厚度；

（4）电子传输层的沉积：将PFN-Br溶解于甲醇中，制成0.5 mg/mL的溶液，利用旋涂的方法在活性层上方沉积一层PFN-Br薄膜；旋涂转速为2000 rpm，旋涂时间为30 s；

（5）金属顶电极的沉积：将基片转移至蒸镀舱内，当舱压降低至6×10^-4 Pa以下时，加热金属Ag颗粒使其热蒸发，最终在电子传输层上沉积一层厚度100 nm的金属薄膜；

步骤（3）中，所述聚合物给体和受体采用PBDB-T:PNDI-DTBT体系：给受体质量比为1:1，加工溶剂为氯苯(CB)+1 vol. % 辛二硫醇（ODT），热退火120 ℃/10 min；

或

步骤（3）中，所述聚合物给体和受体采用J51:PNDI-DTBT体系：给受体质量比为2:1，加工溶剂为溴苯（BB）+0.75 vol. % 二苯醚（DPE），热退火100 ℃/10 min；

或

步骤（3）中，所述聚合物给体和受体采用PCE10:PNDI-DTBT体系：给受体质量比为1:1，加工溶剂为氯苯(CB)，不进行热退火。