專(zhuān)利名稱：基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于紫外光敏感的光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于磷光材料 有機(jī)二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器。
技術(shù)背景有機(jī)材料光子-電子轉(zhuǎn)換要求把光學(xué)吸收產(chǎn)生的激子分解成電荷載流子，而 這種光學(xué)吸收與普通太陽(yáng)能電池不同，有機(jī)太陽(yáng)能電池光吸收光譜要求主要覆蓋可見(jiàn)區(qū)(400 -700 nm)。太陽(yáng)光照射到地面的紫外線主要處于300-400 nm波段， 照射到地面的光主要處于可見(jiàn)光波段，而紫外光光學(xué)傳感器則要求對(duì)微量紫外即 波段是(300 -400 rnn)的紫外光敏感。目前，紫外光光學(xué)傳感器主要是采用無(wú) 機(jī)紫外光敏感器件作為光學(xué)傳感器，其制備工藝復(fù)雜，成本高，不適用于大面積 應(yīng)用；而很多有機(jī)/聚合物光伏二極管的光譜響應(yīng)多覆蓋可見(jiàn)區(qū)而且都是采用熒 光材料，如果熒光材料用作紫外光敏感器件，由于他們的激子的擴(kuò)散距離比較短， 預(yù)期會(huì)對(duì)紫外光的響應(yīng)靈敏度變低。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中主要是采用無(wú)機(jī)紫外光敏感器件作為光學(xué)傳感器存在的制 備工藝復(fù)雜、成本高的問(wèn)題以及有機(jī)/聚合物光伏二極管的光譜響應(yīng)多覆蓋可見(jiàn) 區(qū)而且都是采用熒光材料，而熒光材料用作紫外光敏感器件對(duì)紫外光的響應(yīng)靈敏 度變低的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué) 傳感器，采用已經(jīng)存在的具有低離化能(IP)和高空穴傳輸特性的化合物作為給 體，具有高電子親合勢(shì)(EA)的高電子傳輸特性的磷光化合物作為受體，使材料 選擇范圍更寬；器件為多層結(jié)構(gòu)，采用熱蒸發(fā)法成膜，制作工藝簡(jiǎn)單、成本低； 并且由于采用了薄的有機(jī)層和金屬電極層，使得器件體積小、重量輕。技術(shù)方案一本實(shí)用新型為層狀結(jié)構(gòu)，由襯底(紫外光照射一側(cè))至電子收集電極，依次為襯底、空穴收集電極層、電子給體層、電子給體和電子受體混合 層、電子受體層、電子收集層、電子收集電極層；電子給體層厚度為5 20nm， 電子受體層厚度為20 40 mn，電子給體和電子受體混合層厚度為2-10 rnn，電子 給體采用的材料為二胺衍生物(diamine derivative)，電子受體采用的材料為 銥、鉬、鋨或錸的配合物，電子給體和電子受體混合層中電子給體材料與電子受 體材料的重量比為l: 1;電子收集層釆用的材料為L(zhǎng)iF或CsF，電子收集層厚度為 0.8 3 nm;電子收集電極層采用的材料為A1，電子收集電極層厚度為100 150技術(shù)方案二本實(shí)用新型為層狀結(jié)構(gòu)，由襯底(紫外光照射一側(cè))至電子收 集電極，依次為襯底、空穴收集電極層、電子給體層、電子受體層、電子收集層、 電子收集電極層；電子給體層厚度為5 20nm，電子給體采用的材料為二胺衍生 物(diamine derivative);電子受體層厚度為20 40 nm，電子受體采用的材 料為銥、鉬、鋨或錸的配合物；電子收集層采用的材料為L(zhǎng)iF或CsF，電子收集層 厚度為0.8 3 nm;電子收集電極層采用的材料為A1，電子收集電極層厚度為 100 150腿。本實(shí)用新型的制備方法在空穴收集電極層上沉積電子給體層；在電子給體 層的上面沉積電子受體層，或者在電子給體層的上面沉積一層電子給體和電子受 體的混合層，再在上面沉積電子受體層，之后再依次沉積電子收集層、電子收集 電極層；上述各層都采用熱蒸發(fā)工藝沉積。襯底用玻璃，空穴收集電極層(透明導(dǎo)電膜)選用ITO透明導(dǎo)電膜；電子給體層選用TPD (N，N， -dipheny1-N， N， -bis(3-methylpheny1)-[1， 1， -biphenyl]-4， 4， -diamine)或/zrMTDATA (4,4， , 4，， -tris (3-methylphenyl-phenylaminojtriphenylamine;)材料，厚度選取5 20nm;電子受體層選用Ir (ppy) 3 : fac (tris 2-phenyl Pyridine ) Iridium,或Btp2Ir (acac) , : Z js(2-(2， 8-benzo[4，5-a ] thienyl) (pyridinato—N，C3 ) iridium (acetylacetonate)， 厚度選取20 40 nm;電子給體和電子受體混合層中，電子給體和電子受體的重 量比為l: 1，厚度為2-10nm;電子收集材料層的選用LiF或CsF，厚度采用0.8 3 nm;電子收集電極層的材料采用A1或，厚度可采用100 150 nm。制作成功的器件先用已知功率的中心波長(zhǎng)為365 mn的紫外光照射，改變照 射強(qiáng)度或距離測(cè)量出光伏特性中電信號(hào)開(kāi)路電壓(^c)或短路電流 與照射光強(qiáng)度關(guān)系并繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，再用紫外光光學(xué)傳感器檢測(cè)未知強(qiáng)度計(jì)量 紫外光獲得的電信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照計(jì)算出待測(cè)紫外光的靈敏度。有益效果由于磷光材料具有長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命和激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而本實(shí)用 新型比熒光材料的有機(jī)/聚合物光伏二極管有更高的效率即對(duì)紫外光有更高靈敏 度，并且僅僅對(duì)300-400 nm波段紫外線敏感而對(duì)可見(jiàn)光為盲區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)無(wú)機(jī)紫外光敏感器件作為光學(xué)傳感器的紫外光光學(xué)傳感器相比， 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)材料來(lái)源范圍寬由于有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)的許多空穴注入和空穴傳輸材料多具有低的IP 值且吸收位于300-400波段，用于OLED的許多電子傳輸磷光材料多具有高的EA 而且吸收也位于300-400波段，這樣在選取電子給體和電子受體材料時(shí)，只要它 們分別是很好的空穴注入及空穴傳輸材料和電子傳輸材料，選擇兩者的組合就可 以構(gòu)造紫外光光學(xué)傳感器。與無(wú)機(jī)材料相比，不需要繁雜的材料合成，通過(guò)已 經(jīng)給出它們的離化能和電子親和勢(shì)參數(shù)，以及磷光材料薄膜吸收光譜，即使含有 短于300 nm波長(zhǎng)的紫外光，由于本實(shí)用新型器件都是選用ITO導(dǎo)電玻璃，這種 玻璃可以濾過(guò)短于300 rnn波長(zhǎng)的紫外光而不使其進(jìn)入傳感器器件，這樣就可以 選擇已經(jīng)用于OLED的材料。(2) 制作工藝簡(jiǎn)單由于采用本實(shí)用新型的器件結(jié)構(gòu)是與0LED的許多器件結(jié)構(gòu)類(lèi)似的"二明治" 式多層結(jié)構(gòu)，所有材料都是采用真空熱蒸發(fā)法成膜，不需要無(wú)機(jī)紫外光光學(xué)傳感 器器件必須的復(fù)雜的半導(dǎo)體制造工藝。(3) 體積小、重量輕由于本實(shí)用新型采用了薄的有機(jī)層和金屬電極層，除了空穴收集電極層的厚 度(0.3-1.1 mm)夕卜，所有功能層的厚度不超過(guò)1微米。本實(shí)用新型有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器可廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域。

圖l是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖，也是摘要附圖。圖中l(wèi)、襯底，2、空穴收集 電極層(透明導(dǎo)電膜)，3、電子給體層，4、電子給體和電子受體混合層，5、 電子受體層，6、電子收集層，7、電子收集電極層。圖2是本實(shí)用新型另一技術(shù)方案結(jié)構(gòu)示意圖。1、襯底、2空穴收集電極層(透 明導(dǎo)電膜)，3、電子給體層，5、電子受體層，6、電子收集層，7、電子收集 電極層。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型不限于這 些實(shí)施例。技術(shù)方案一 實(shí)施例1:選用圖l所示的器件結(jié)構(gòu)在本實(shí)施例中，首先空穴收集電極層2選擇玻璃襯底1上的ITO膜作為透明導(dǎo)電膜。洗凈襯底1上的透明導(dǎo)電膜后，首先在高真 空(3-2 xlO'帕)下，在透明導(dǎo)電膜上面沉積一層厚度為10 mn電子給體層3， 電子給體層3的材料采用TPD;然后在電子給體層3上面沉積電子給體和電子受 休的混合層4 ，厚度為5nm，電子給體材料為T(mén)PD，電子受體材料為Ir (ppy):,，TPD和Ir (ppy)::,的重量比為1:1;再在電子給體和電子受體的混合層4之上 沉積電子受體層5 ，電子受體層5的材料為Ir (ppy) :!，厚度選取20 nm或30 nm 或40 nm;之后在電子受體層5之上沉積電子收集層6，電子收集層6的材料采 用LiF，其厚度是0.8nra;最后在電子收集層6之上沉積電子收集電極7，電子 收集電極7釆用金屬A1材料，厚度為IOO腦。上述所有薄膜都采用熱蒸發(fā)工藝 沉積。各層的厚度使用膜厚監(jiān)控儀器監(jiān)視。制作成功的器件先用己知功率的紫外 光照射劑照射，改變照射強(qiáng)度或距離測(cè)量出光伏特性中電信號(hào)開(kāi)路電壓(或 短路電流(Zsc)與照射強(qiáng)度關(guān)系并繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，再用紫外光光學(xué)傳感器檢 測(cè)未知強(qiáng)度計(jì)量紫外光獲得的電信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照計(jì)算出待測(cè)紫外光的靈敏 度，本實(shí)施例的器件檢測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0. 017 mW/cm2時(shí)，紫 外光光學(xué)傳感器的/ ，信號(hào)為1. 8 u AZcm^ 實(shí)施例2:空穴收集電極層2選擇玻璃襯底1上的ITO膜作為透明導(dǎo)電膜，電子給體層 3選用/zrMTDATA材料，其厚度為6 nm;然后在電子給體層3上面沉積電子給體 和電子受體的混合層4，厚度為5 nm，電子給體的材料為/zrMTDATA，電子受體 的材料為BtpJr (acac)，礦MTDATA與Btpjr (acac)的重量比為l:l;再在電 子給體和電子受體的混合層4之上沉積電子受體層5 ，電子受體層5選用材料 為Btp2Ir (acac)，厚度選取20 mn或30 run或35 nra;之后在電子受體層5 之上沉積電子收集層6，電子收集層6材料采用LiF，其厚度是0.8ran;最后在 電子收集層6之上沉積電子收集電極層7，電子收集電極層7采用金屬Al材料， 其厚度為120 mn。上述各層都采用熱蒸發(fā)工藝沉積。薄膜的厚度使用膜厚監(jiān)控 儀器監(jiān)視。采用實(shí)施例1所述的測(cè)量方法測(cè)得結(jié)果如下本實(shí)施例器件檢測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0.009 mW/cffl2時(shí)，紫 外光光學(xué)傳感器的Ar信號(hào)為1. Ou A/cr實(shí)施例3:空穴收集電極層2選擇玻璃襯底1上的[TO膜作為透明導(dǎo)電膜；電子給體層3選用,MTDATA材料，厚度為15 nin;電子給體和電子受體的混合層4厚度為5 nm，電子給體材料選用/ttMTDATA，電子受體選用Ir(ppy)" ^MTDATA和Ir(ppy) ,的重量比為l:l，；電子受體層5選用Ir (ppy):,，厚度選取20 nm或25 nm或 30nrn;之后在電子受體層5之上沉積電子收集層6，電子收集層6材料采用LiF， 其厚度是1.5mn;最后在電子收集層6之上沉積電子收集電極層7，電子收集電 極層7采用金屬Al材料，其厚度為120 nm。采用實(shí)施例1所述的測(cè)量方法測(cè)得結(jié)果如下本實(shí)施例器件檢測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0.010 mW/cm2時(shí)，紫 外光光學(xué)傳感器的信號(hào)為1. 6 U A/cnf' 實(shí)施例4:空穴收集電極層2選擇玻璃襯底i上的rro膜作為透明導(dǎo)電膜；電子給體層3選用z rMTDATA材料，厚度為20 nm，電子給體和電子受體的混合層4的電子給 體材料選用/zrMTDATA，電子受體選用Btp2Ir(acac) , tztMTDATA與Btp2Ir (acac) 重量比為l:l，電子給體和電子受體的混合層4的厚度為7nm;再在電子給體和 電子受體的混合層4之上沉積電子受體層5，電子受體層5選用Btp2Ir (acac)， 厚度選取20 nm或25 nm或30 run;之后在電子受體層5之上沉積電子收集層6， 電子收集層6材料采用CsF，其厚度是2.5nm;最后在電子收集層6之上沉積電 子收集電極層7，電子收集電極層7采用金屬A1材料，其厚度為120mn。 效果采用實(shí)施例1所述的測(cè)量方法測(cè)得結(jié)果如下本實(shí)施例器件檢測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0. 010 mW/cm2時(shí)，紫 外光光學(xué)傳感器的^信號(hào)為1. 6 y A/cr' 實(shí)施例5:空穴收集電極層2選擇玻璃襯底1上的ITO膜作為透明導(dǎo)電膜；電子給體層 3選用材料礦MTDATA厚度為10 rim;電子給體和電子受體的混合層4的電子給體 材料選用礦MTDATA，電子受體選用Btp2Ir (acac)和Ir (ppy),的混合物，BtpJr (acac)與Ir (ppy):,的重量比為1:1， / 廣MTDATA與Btp2Ir (acac)禾n Ir (卯y)3的混合物的重量比為1:1，電子給體和電子受體的混合層4的厚度為10nm;在 電子給體和電子受體的混合層4之上再沉積電子受體層5，電子受體層5選用Btp2Ir (acac)或Ir (ppy) 3的混合物，Btp2Ir (acac)與Ir (ppy) 3的重量比 為1: 1，厚度為20 nm或30 nm或40皿；之后在電子受體層5之上沉積電子收 集層6，電子收集層6材料采用CsF,其厚度是2.5nm;最后在電子收集層6之 上沉積電子收集電極層7，電子收集電極層7采用金屬Al材料，其厚度為150 nm。 效果采用實(shí)施例1所述的測(cè)量方法測(cè)得結(jié)果如下本實(shí)施例器件檢測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0.009 mW/cm2吋，紫外光光學(xué)傳感器的信號(hào)為0. 8 " A/cm2 實(shí)施例6:選用圖l所示的器件結(jié)構(gòu)在本實(shí)施例中，首先空穴收集電極層2選擇玻璃襯底1上的ITO膜作為透明導(dǎo)電膜。洗凈襯底1上的透明導(dǎo)電膜后，首先在高真 空(3-2 x10—4帕)下，在透明導(dǎo)電膜上面沉積一層厚度為10 nm電子給體層3， 電子給體層3的材料采用TPD;在電子給體層3之上沉積電子受體層5 ，電子受 體層5的材料為Ir (ppy) 3，厚度選取20 nm或30 nm或40 之后在電子受 體層5之上沉積電子收集層6，電子收集層6的材料采用LiF，其厚度是0.8nm; 最后在電子收集層6之上沉積電子收集電極7，電子收集電極7采用金屬Al材 料，厚度為100 mn。上述所有薄膜都采用熱蒸發(fā)工藝沉積。各層的厚度使用膜 厚監(jiān)控儀器監(jiān)視。制作成功的器件先用已知功率的紫外光照射劑照射，改變照射 強(qiáng)度或距離測(cè)量出光伏特性中電信號(hào)開(kāi)路電壓(^c)或短路電流與照射強(qiáng)度關(guān)系并繪制出標(biāo)準(zhǔn)曲線，再用紫外光光學(xué)傳感器檢測(cè)未知強(qiáng)度計(jì)量紫外 光獲得的電信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照計(jì)算出待測(cè)紫外光的靈敏度，本實(shí)施例的器件檢 測(cè)紫外光靈敏度為待測(cè)紫外光功率為0. 017 mW/cm2時(shí)，紫外光光學(xué)傳感器的A 信號(hào)為1.8uA/cm2。
權(quán)利要求1. 一種基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器，其特征在于為層狀結(jié)構(gòu)，由襯底至電子收集電極，依次為襯底、空穴收集電極層、電子給體層、電子受體層、電子收集層、電子收集電極層；電子給體層厚度為5～20nm，電子給體采用的材料為二胺衍生物；電子受體層厚度為20～40nm，電子受體采用的材料為銥、鉑、鋨或錸的配合物；電子收集層采用的材料為L(zhǎng)iF或CsF，電子收集層厚度為0.8～3nm；電子收集電極層采用的材料為Al，電子收集電極層厚度為100～150nm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器， 其特征在于電子給體材料選用TPD或,MTDATA;電子受體材料選用Ir (ppy) 3或 Btp2Ir (acac)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器， 其特征在于電子給體層厚度為10 nm、 6 rnn、 15 nm或20 nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器， 其特征在于電子受體層厚度為20歷、30 nm 、 40 nm、 25歷或35醒。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器， 其特征在于電子收集層厚度是0. 8 nm、 1.5 nm、 2.5 nm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器， 其特征在于電子收集電極厚度為100 nm、 120 nm、 150 nm。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型屬于紫外光敏感的光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于磷光材料光伏二極管的有機(jī)紫外光光學(xué)傳感器，采用已經(jīng)存在的具有低離化能(IP)和高空穴傳輸特性的化合物作為給體，具有高電子親合勢(shì)(EA)和大的電子傳輸特性的磷光化合物作為受體，使材料選擇范圍更寬；器件為多層結(jié)構(gòu)，采用熱蒸發(fā)法成膜，制作工藝簡(jiǎn)單、成本低；并且由于采用了薄的有機(jī)層和金屬電極層，使得器件體積小、重量輕；由于磷光材料具有長(zhǎng)的激發(fā)態(tài)壽命和激子擴(kuò)散長(zhǎng)度，因而比熒光材料的有機(jī)聚合物光伏二極管有更高的效率即對(duì)紫外光有更高靈敏度，并且僅僅對(duì)300-400nm波段紫外線敏感而對(duì)可見(jiàn)光為盲區(qū)。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L51/46GK201112423SQ20072009394
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者蓓 初, 孔治國(guó), 李文連, 畢德鋒, 車(chē)廣波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所