本發(fā)明涉及有機(jī)光電探測器領(lǐng)域，特別涉及一種基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器。

背景技術(shù)：

有機(jī)近紅外光電探測器在紅外探測、生物探測、成像、光通訊等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。目前的有機(jī)近紅外光電探測器的研究多偏向于開發(fā)研制具有遷移率高、穩(wěn)定性好、近紅外吸收效率高的新型有機(jī)近紅外材料，如過渡金屬配合物，以菁系染料為代表的有機(jī)近紅外離子染料，具有窄帶寬和高摩爾吸光系數(shù)的給體-受體型窄帶隙化合物等等。

然而新材料的研制過程漫長且失敗率極高，合成好的新材料大多又出現(xiàn)難提純、穩(wěn)定性低等問題，有的化合物還具有一定的毒性，從而限制了其在器件上的應(yīng)用及擴(kuò)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)目前有機(jī)近紅外材料稀缺和制備困難，導(dǎo)致的有機(jī)近紅外探測器工藝復(fù)雜、材料有毒、成本高、效率低、無法大規(guī)模生產(chǎn)的問題，提供一種基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器，即利用現(xiàn)有的兩種或多種有機(jī)材料形成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的近紅外吸收設(shè)計新型的有機(jī)近紅外光電探測器。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器，從下到上依次包括襯底陽極、空穴傳輸層、近紅外吸收有源層、電子傳輸層、陰極；所述近紅外吸收有源層由兩種或兩種以上易產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移而形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的材料構(gòu)成。

優(yōu)選的，所述近紅外吸收有源層為體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)或者混合平面體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該層使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜制備。

優(yōu)選的，所述襯底陽極為ito玻璃層，所述ito玻璃層作為透光面，其對近紅外光的透射波長范圍廣，且透過率高。

優(yōu)選的，所述空穴傳輸層由具有高空穴遷移率并且具有較高h(yuǎn)omo能級的材料構(gòu)成，能夠有效地起到空穴傳輸以及電子阻擋的作用，如pedot:pss、moo3；

進(jìn)一步，所述空穴傳輸層傳輸空穴的同時阻擋電子，符合要求的材料均可使用，比如niox、pvk等。

優(yōu)選的，所述電子傳輸層由具有高電子遷移率的材料構(gòu)成，能夠有效地傳輸電子以及阻擋空穴，如c60、pc61bm。

進(jìn)一步，所述電子傳輸層傳輸電子的同時阻擋空穴，符合要求的材料均可使用，比如bphen、balq、zno、sno2等。

優(yōu)選的，所述近紅外吸收有源層的材料為pvk:dcjtb或者pvk:dcjtb:c60。

進(jìn)一步，所述近紅外吸收有源層，具有電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物吸收的材料均可使用，不同材料同時可以調(diào)節(jié)器件的響應(yīng)光譜。

優(yōu)選的，所述陰極為金屬電極，金屬電極為鋁、銀、鎂銀合金、金等，金屬電極采用真空蒸發(fā)鍍膜、電子束蒸發(fā)或磁控濺射等方法制備。

優(yōu)選的，所述空穴傳輸層的厚度為10-40nm。

優(yōu)選的，所述近紅外吸收有源層的厚度為30-120nm。

優(yōu)選的，所述電子傳輸層的厚度為20-50nm。

優(yōu)選的，所述陰極的厚度為80-150nm。

優(yōu)選的，所述電子傳輸層的制備，使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜等方法制備。

優(yōu)選的，所述空穴傳輸層的制備，使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜等方法制備。

優(yōu)選的，一種基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器的制備方法如下：

步驟1：用無塵布和洗滌劑反復(fù)擦拭ito玻璃，并用自來水沖洗干凈，然后再分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲各15分鐘，使用氮?dú)獯蹈珊笤谡婵蘸婵鞠渲泻娓桑?/p>

步驟2：再用紫外臭氧處理15分鐘，以提高ito的功函數(shù)，接著在ito玻璃表面旋涂一層40nm厚的空穴傳輸層，放在真空烘箱中在120℃下烘烤20分鐘；

步驟3：再在空穴傳輸層上旋涂120nm厚的有源層；

步驟4：接著真空蒸鍍30nm的電子傳輸層；

步驟5：最后在電子傳輸層上4*10-4pa的真空條件下蒸鍍150nm厚的陰極，即得到基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明采用ito等作為襯底，pvk、dcjtb、c60等有機(jī)材料混合作為近紅外吸收有源層、電子束蒸發(fā)al作為電極層，調(diào)節(jié)形成的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物(pvk:dcjtb/pvk:dcjtb:c60)的吸收波長，避免了以往制備有機(jī)近紅外光電探測器必須的新材料合成問題，且通過不同有機(jī)材料的選擇，其電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的吸收波長可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)對近紅外光信號寬波段的探測；

2、本發(fā)明采用旋涂法制備有機(jī)活性層，工藝簡單，成本低，可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；

3、本發(fā)明基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物吸收的新型有機(jī)近紅外光電探測器，可以通過控制有源層中給受體材料的比例來調(diào)節(jié)器件的響應(yīng)速度和探測率，優(yōu)化綜合性能；

4、經(jīng)過器件設(shè)計和優(yōu)化，實現(xiàn)了響應(yīng)波段在800-1600nm、外量子效率>8％，響應(yīng)時間<50ns、比探測率在10¹¹數(shù)量級的高效率有機(jī)近紅外光電探測器，當(dāng)響應(yīng)波段在1300nm時效率整體提升了6％-8％。

附圖說明

圖1為基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是采用實施例1、2結(jié)構(gòu)制備的薄膜的近紅外吸收光譜圖；

圖3是實施例1的器件能級圖；

圖4是實施例2的器件能級圖；

圖中標(biāo)記：1-襯底陽極，2-空穴傳輸層，3-近紅外吸收有源層，4-電子傳輸層，5-陰極。

具體實施方式

下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

一種基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)近紅外光電探測器，包括襯底陽極1、空穴傳輸層2、近紅外吸收有源層3、電子傳輸層4、陰極5；所述近紅外吸收有源層3由兩種或兩種以上易產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移而形成電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的材料構(gòu)成。

所述近紅外吸收有源層3為體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)或者混合平面體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該層使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜制備。

所述襯底陽極1為ito玻璃層，所述ito玻璃層作為透光面，其對近紅外光的透射波長范圍廣，且透過率高。

所述空穴傳輸層2由具有高空穴遷移率并且具有較高h(yuǎn)omo能級的材料構(gòu)成，能夠有效地起到空穴傳輸以及電子阻擋的作用，如pedot:pss、moo3；

所述電子傳輸層4由具有高電子遷移率的材料構(gòu)成，能夠有效地傳輸電子以及阻擋空穴，如c60、pc61bm。

所述近紅外吸收有源層3的材料為pvk:dcjtb或者pvk:dcjtb:c60。

所述近紅外吸收有源層3，除了使用pvk:dcjtb或者pvk:dcjtb:c60之外，其他具有電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物吸收的材料可用來替換，不同材料同時可以調(diào)節(jié)器件的響應(yīng)光譜。

所述電子傳輸層4傳輸電子的同時阻擋空穴，除了使用c60以及pc61bm之外，其他符合要求的材料均可用來替換，比如bphen、balq、zno、sno2等。

所述空穴傳輸層2傳輸空穴的同時阻擋電子，除了使用pedot:pss以及moo3之外，其他符合要求的材料均可用來替換，比如niox、pvk等。

所述陰極5為金屬電極，金屬電極為鋁、銀、鎂銀合金、金等，金屬電極采用真空蒸發(fā)鍍膜、電子束蒸發(fā)、磁控濺射等方法制備。

所述空穴傳輸層2的厚度為10-40nm。

所述近紅外吸收有源層3的厚度為30-120nm。

所述電子傳輸層4的厚度為20-50nm。

所述陰極5的厚度為80-150nm。

所述電子傳輸層4的制備，使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜等方法制備。

所述空穴傳輸層2的制備，使用旋涂法或真空蒸發(fā)鍍膜等方法制備。

實施例1

基于pvk:dcjtb電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。包括ito玻璃、pedot:pss空穴傳輸層、有源層pvk:dcjtb、c60電子傳輸層和電極；其中ito玻璃在可見光以及近紅外光范圍內(nèi)透過率為85％；pedot:pss空穴傳輸層有利于空穴傳輸；有源層pvk和dcjtb的混合重量比為10:1；c60電子傳輸層有利于電子傳輸；電極為鋁電極，其功函數(shù)為4.2ev；能級分布圖如圖三所示，由圖可知，器件有好的能級匹配，有利于電荷的收集。

上述的pedot:pss是由pedot和pss兩種物質(zhì)構(gòu)成，pedot是edot(3,4-乙烯二氧噻吩單體)的聚合物，pss是聚苯乙烯磺酸鹽，pedot:pss的型號是ph1000。

基于pvk:dcjtb電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器的制備方法，具體步驟為：

首先用無塵布和洗滌劑反復(fù)擦拭ito玻璃，并用自來水沖洗干凈，然后在分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲各15分鐘，使用氮?dú)獯蹈珊笤谡婵蘸婵鞠渲泻娓伞Ｗ贤獬粞跆幚?5分鐘，以提高ito的功函數(shù)，接著在ito玻璃表面旋涂一層40nm厚的pedot:pss空穴傳輸層，放在真空烘箱中在120℃下烘烤20分鐘；再在pedot:pss空穴傳輸層上旋涂120nm厚的有源層；接著真空蒸鍍30nm的c60作為電子傳輸層；最后在電子傳輸層上4*10-4pa的真空條件下蒸鍍150nm厚的鋁電極，即得到基于pvk:dcjtb電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。

實施例2

基于pvk:dcjtb:c60電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。包括ito玻璃、moo3空穴傳輸層、有源層pvk:dcjtb:c60、pc61bm電子傳輸層和電極；其中moo3空穴傳輸層有利于空穴傳輸；有源層pvk、dcjtb、c60的混合重量比為10:1:1；pc61bm電子傳輸層有利于電子傳輸；電極為鋁電極，其功函數(shù)為4.2ev；能級分布如圖四所示，由圖可知，器件有好的能級匹配，有利于電荷的收集。

基于pvk:dcjtb:c60電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器的制備方法，具體步驟為：

首先用無塵布和洗滌劑反復(fù)擦拭ito玻璃，并用自來水沖洗干凈，然后在分別用丙酮、乙醇和去離子水超聲各15分鐘，使用氮?dú)獯蹈珊笤谡婵蘸婵鞠渲泻娓伞Ｗ贤獬粞跆幚?5分鐘，以提高ito的功函數(shù)，接著在ito玻璃表面真空蒸鍍一層10nm厚的moo3空穴傳輸層；再在moo3空穴傳輸層上旋涂120nm厚的有源層；接著旋涂30nm的pc61bm作為電子傳輸層；最后在電子傳輸層上4*10-4pa的真空條件下蒸鍍150nm厚的鋁電極，即得到基于pvk:dcjtb:c60電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。

實施例3

基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物吸收的新型有機(jī)近紅外光電探測器和制備方法同實施例1，其中不同的是以pvk:dcjtb:c60代替pvk:dcjtb作為有源層，最后制得基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。

實施例4

基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器和制備方法同實施例1，其中不同的是以moo3代替pedot:pss作為空穴傳輸層，且以pc61bm代替c60電子傳輸層，最后制得基于電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物新型有機(jī)近紅外光電探測器。

實施例1和實施例2制備的光電探測器的有源層吸收曲線如圖三所示：pvk混合dcjtb后，在近紅外區(qū)域的吸收峰與pvk單模比出現(xiàn)了紅移，這是由于pvk混合dcjtb后形成了電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物。加入c60后吸收峰進(jìn)一步紅移，也可歸結(jié)為電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的形成產(chǎn)生的新的吸收峰。

當(dāng)有源層中加入c60后，吸收峰出現(xiàn)紅移，制備成器件，可以實現(xiàn)對近紅外光信號寬波段的探測。經(jīng)過器件設(shè)計和優(yōu)化，可實現(xiàn)響應(yīng)波段在800-1600nm、外量子效率>8％，響應(yīng)時間<50ns、比探測率在10¹¹數(shù)量級的高效率有機(jī)近紅外光電探測器。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的，技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)該涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。