的大部分形成的ZnO納米線42在ITO玻璃基板或陰極層 20上垂直生長，且具有六邊形橫截面，說明其生長是沿c方向進(jìn)行。在一個方面，納米線42 可以具有（例如）約200nm的平均直徑和約2um的長度。在另一方面，鋅（ZnO)納米線42 之間的間隔可以（例如）從50nm變化至150nm。
[0021] 然后，將具有如圖3中所示的分子結(jié)構(gòu)的1:3比率的ToDTT=PCBM的二氯苯溶液 (具有2wt%的濃度）旋轉(zhuǎn)鑄造于從氧化銦錫（ITO)陰極層20延伸的氧化鋅納米線42矩 陣或陣列上。隨后將I3DDTT:PCBM混合物在80°C下干燥10分鐘，從而在陰極緩沖層44的 ZnO納米線42上方形成約150nm厚的活性層40。此外，形成活性層40的ToDTT=PCBM混合 物被完全埋置于納米線層44的納米線42之間的空間或空隙中。然后，將MoCV薄層50薄薄 地安置于活性層40之上，至約15nm厚，并施以約〇.5人/s的蒸發(fā)速率。最后，通過在約1〇_6 托的真空中熱蒸發(fā)，經(jīng)由陰影掩模將（例如）形成為銀或金層的陽極30安置于MoOJl50 上。應(yīng)明白，所獲得的聚合物光檢測器的活性區(qū)域40的表面積可以為約0. 45mm2。
[0022] ZnO納米線42由于其顯著的電子性質(zhì)而用作ITO陰極20之上的n型緩沖層，從而 ZnO納米線42具有高達(dá)1?5xl018cnT3的電子濃度，和1?5cm2/V*s的電子迀移率。由于 如此大的電子迀移率，所以ZnO納米線42具有增強(qiáng)的電子傳輸性質(zhì)。此外，巨大的面積對 體積比和垂直對齊使得ZnO納米線42與活性層44的聚合物TODTT:PCBM復(fù)合物良好接觸， 從而允許納米線42匯集近距尚的電子。ZnO納米線42的尚達(dá)-7. 72eV的株層最尚占據(jù)分 子軌道（HOMO)能級防止空穴被傳輸?shù)疥帢O20,從而極大地減少了電荷載流子再結(jié)合。此 夕卜，納米線層42具有在可見光譜范圍內(nèi)的高透光性和在UV(紫外）范圍內(nèi)的高吸收系數(shù)。 應(yīng)明白，ZnO納米線42對來自活性聚合物層40的UV輻射的阻擋/吸收將更優(yōu)的穩(wěn)定性賦 予光檢測器10。
[0023] 如圖4中所示，倒置光檢測器10的能帶圖和所實現(xiàn)的階梯狀能級排列減小了電荷 載流子傳輸所要求的能量皇。利用上述光檢測器10的構(gòu)造，光檢測器10操作使得入射光 100能夠如圖1中所示傳播通過ITO玻璃陰極層20和陰極緩沖層44的ZnO納米線42,從 而照耀或入射到聚合物活性層40上。此外，頂部金陽極接觸30也用作反光鏡，其增強(qiáng)并提 高了光檢測器10吸收光的效率。
[0024] 用AM1. 5 太陽能模擬器（Orielmodel91192)在 100mW/cm2照度下和 800nm處 0. 22mW/cm2照度下評估光檢測器10。圖5示出電流密度-電壓（J-V)特性。在黑暗中，J-V 曲線示出了當(dāng)反向偏置光檢測器10且隨后用光照射時光檢測器10的行為，這時，光生電 荷載流子極大地增大了反向電流，然而，正向電流無太大變化。光檢測器10所生成的增多 的電子-空穴對解釋了在反向偏置條件下所觀察到的光電流。光檢測器10的光電流響應(yīng) 在 800]1111(0.22111￥/〇]12)的照度下從1.9110711^/〇]1 2增大至4110611^/〇112和在100111￥/〇112)的 AMI. 5G太陽能照度下進(jìn)一步增大至I. 9xlO_4mA/Cm2。在這種情況中，Jph(光電流密度）與 Jd(暗電流密度）比為1000。這種測試證實電荷載流子可以通過光誘發(fā)電子轉(zhuǎn)移高效地產(chǎn) 生和隨后經(jīng)本體異質(zhì)結(jié)（BHJ)納米形態(tài)傳輸?shù)较喾措姌O。
[0025] 光檢測器10的響應(yīng)率是從測得的光響應(yīng)電流密度計算，并表示為
【主權(quán)項】
1. 一種具有倒置結(jié)構(gòu)的聚合物光檢測器，其包括： 至少部分透光陰極； 金屬陽極； 第一緩沖層，其安置于所述陰極上，所述第一緩沖層包括ZnO納米線矩陣； 活性層，其安置于所述第一緩沖層上，所述活性層包括一種或多種共軛聚合物和富勒 烯；以及 第二緩沖層，其安置于所述活性層與所述金屬陽極之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述陰極包括氧化銦錫（ITO)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述金屬陽極包括高功函數(shù)金屬。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光檢測器，其中所述高功函數(shù)金屬包括金或銀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述一種或多種聚合物包括聚（5, 7-雙 (4-癸基-2-噻吩基）-噻吩并（3, 4-b)二噻唑-噻吩-2, 5) (TODTT)和所述富勒烯包括 (6, 6)-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光檢測器，其中所述第二緩沖層包括MoO 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述第一緩沖層和所述第二緩沖層各自是無 機(jī)半導(dǎo)體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述第一緩沖層和所述第二緩沖層各自是有 機(jī)半導(dǎo)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光檢測器，其中所述第一緩沖層和所述第二緩沖層各自是水 溶性有機(jī)半導(dǎo)體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光檢測器，其中所述第一緩沖層和所述第二緩沖層包括水 溶性小分子和共軛聚合物。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光檢測器，其中所述活性層包括無機(jī)量子點。
12. -種具有倒置結(jié)構(gòu)的聚合物光檢測器，其包括： 至少部分透光陰極； 金屬陽極； 第一緩沖層，其安置于所述陰極上，所述第一緩沖層包括n型金屬氧化物納米線矩陣； 活性層，其安置于所述第一緩沖層上，所述活性層包括作為電子供體的一種或多種共 軛聚合物，和作為電子受體的一種或多種有機(jī)分子；以及 第二緩沖層，其安置于所述活性層與所述金屬陽極之間，所述第二緩沖層包括金屬絡(luò) 合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述一種或多種共軛聚合物包括聚 (5, 7-雙（4-癸基-2-噻吩基）-噻吩并（3, 4-b)二噻唑-噻吩-2, 5) (TODTT)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述有機(jī)分子包括（6, 6)-苯基-C 61-丁酸 甲酯（PCBM)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光檢測器，其中所述金屬絡(luò)合物包括MoO 3。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述有機(jī)分子包括富勒烯。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述n型金屬氧化物納米線包括ZnO納米 線。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述第一緩沖層和所述第二緩沖層各自是 無機(jī)半導(dǎo)體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光檢測器，其中所述金屬陽極包括高功函數(shù)金屬。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的光檢測器，其中所述高功函數(shù)金屬包括金或銀。
21. -種形成具有倒置結(jié)構(gòu)的光檢測器的方法，其包括： 提供至少部分透光陰極； 將第一緩沖層安置于所述至少部分透光陰極上，所述第一緩沖層包括n型金屬氧化物 納米線矩陣； 將活性層安置于所述第一緩沖層上，所述活性層包括作為電子供體的一種或多種共軛 聚合物，和作為電子受體的一種或多種有機(jī)分子； 將第二緩沖層安置于所述活性層上，所述第二緩沖層包括金屬絡(luò)合物；以及 將金屬陽極安置于所述第二緩沖層上。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述n型金屬氧化物納米線包括ZnO納米線。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述金屬絡(luò)合物包括MoO 3。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述金屬陽極包括高功函數(shù)金屬。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的光檢測器，其中所述高功函數(shù)金屬包括金或銀。
【專利摘要】聚合物光檢測器具有倒置器件結(jié)構(gòu)，其包括通過活性層從陽極分離的氧化銦錫(ITO)陰極?；钚詫颖恍纬蔀橛晒曹椌酆衔?如PDDTT與PCBM)的復(fù)合物。此外，將形成為ZnO納米線矩陣的陰極緩沖層安置于ITO陰極上，同時將MoO3陽極緩沖層安置于高功函數(shù)金屬陽極與活性層之間。在所述光檢測器的操作期間，所述ZnO納米線允許有效提取電子和有效阻擋來自所述活性層的空穴到達(dá)所述陰極。因此，允許所述聚合物光檢測器實現(xiàn)類似于無機(jī)光檢測器的光譜響應(yīng)和檢測能力。
【IPC分類】H01L31-00
【公開號】CN104603953
【申請?zhí)枴緾N201380012377
【發(fā)明人】鞏雄
【申請人】阿克倫大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2013年3月25日
【公告號】US20130248822, WO2013142870A1