一種近紅外可見光的opv碘摻雜的光伏型的有機探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是光導(dǎo)型有機半導(dǎo)體探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]有機紅外探測器是在近些年才開展起研究的，自從1999年意大利米蘭理工大學(xué)合成出的一種新的有機材料一金屬-雙硫醇烯類絡(luò)合物，并在2004年報道了該類材料在600-900納米處的光電響應(yīng)性能后，有機紅外材料的研究也越來越多，但是一般的有機/聚合物材料在大于1微米的波長范圍的紅外區(qū)域沒有光活性。至今，很多的有機半導(dǎo)體材料的研究還是主要集中在發(fā)光材料和太陽能電池方面的研究，極少有涉及紅外半導(dǎo)體材料和器件的研究，目前的有機紅外半導(dǎo)體材料的種類并不是很多，用來作為紅外探測器的光敏層的更是甚微。這些很多都是由于有機半導(dǎo)體材料的一些性能決定的，如載流子的迀移率低、光敏層的電阻率很大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的光伏型的有機紅外半導(dǎo)體的探測器，具有易于實現(xiàn)大面積、大陣列，光敏層材料電阻可控，無需制冷，可實現(xiàn)柔性加工等優(yōu)勢特點，在軍事、民用以及一些特定領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。
[0004]本發(fā)明的一種近紅外可見光的0PV碘摻雜的光伏型的有機探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，包括襯底(1)，金屬或透明導(dǎo)電極(3)、空穴傳輸層(4)以及有機光敏層(2)等，其特征在于所說的光敏層(2)材料是進(jìn)行碘的受主摻雜之后對近紅外有光電響應(yīng)的太陽能電池的0PV材料。這種光敏材料是一種典型的太陽能電池常用的0PV材料，為實現(xiàn)對近紅外波段的響應(yīng)，進(jìn)行了有效的碘的受主摻雜。
[0005]所述的一種近紅外可見光的0PV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說的光敏層(2)的太陽能電池的0PV材料是P3HT和PCBM兩者按照質(zhì)量比1:08~1:1的混合，所說的太陽能電池的0PV材料進(jìn)行碘的受主摻雜，其中碘的質(zhì)量和0PV材料的質(zhì)量比大于等于0且小于等于1/10。
[0006]所述的一種近紅外可見光的0PV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說的空穴傳輸層是設(shè)置在透明電極(3)之上的，其中空穴傳輸層(4)是由PED0T:PSS溶液旋涂形成的單層薄膜。
[0007]所述的一種近紅外可見光的0PV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說金屬或透明導(dǎo)電極(3)包括A1電極及ΙΤ0透明電極。
[0008]所述有機探測器中光敏層(2) 0PV材料進(jìn)行碘的受主摻雜的方法，其特征在于碘直接摻入光敏層(2) 0PV材料中，再將混有碘的光敏層(2) 0PV材料旋涂在空穴傳輸層(4)上。
[0009]所述有機探測器中光敏層(2) 0PV材料進(jìn)行碘的受主摻雜的方法，其特征在于旋涂得到均勻的未摻雜的光敏層(2) 0PV材料之后，稱量一定質(zhì)量的碘，將該質(zhì)量的碘放到培養(yǎng)皿中，在溫度為150 °C的加熱板上加熱，將未摻雜的具有光敏層的襯底放置正對于培養(yǎng)皿一定距離之上面，在碘蒸汽的揮發(fā)下，處理直到碘蒸汽揮發(fā)完全。
[0010]在本發(fā)明中，光敏層采用的是有機太陽能電池中使用的典型的0PV材料P3HT和PCBM的混合物，在碘的受主摻雜之后，增加了光生載流子的數(shù)目，降低了電子電離的能量；在本發(fā)明中，有機紅外半導(dǎo)體探測器其材料的電阻可以通過碘的受主摻雜的技術(shù)，實習(xí)三個量級以上的調(diào)控；本發(fā)明的有機光敏層膜的制備是采用了簡單的溶液旋涂技術(shù)。具體而言，通過選擇一定極性和粘度的溶劑溶解P3HT和PCBM材料，再通過調(diào)節(jié)一定轉(zhuǎn)速和時間獲得光敏層膜。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1.光敏層材料的電學(xué)參數(shù)可控，從而通過簡單的碘的受主摻雜使器件的電阻在三個數(shù)量級內(nèi)可調(diào)，增強了器件性能的調(diào)控性及其紅外系統(tǒng)的兼容性。
[0012]2.本發(fā)明的光敏層是太陽能電池選用的典型的0PV材料，只是通過簡單的碘的摻雜工藝，改變了這種材料在近紅外波段的響應(yīng)，實現(xiàn)了寬光譜的近紅外探測器。
[0013]3.本發(fā)明制備得到的碘摻雜的探測器件，在近紅外波段的響應(yīng)率比起單純使用太陽能電池選用的典型的0PV材料沒有進(jìn)行摻雜作為光敏層的探測器，有兩個量級以上的調(diào)制，使得碘的調(diào)制作用十分明顯，這是一種有效的摻雜，也是在探測器方面的應(yīng)用的創(chuàng)新。
[0014]4.本發(fā)明采用的材料是有機的半導(dǎo)體材料，其可以在多種襯底上制備大面積、低成本的光伏型的近紅外探測器，具有工藝簡單、性能可控等優(yōu)點，因此新穎性突出、應(yīng)用范圍廣、市場前景可觀，特別是在軍工方面的應(yīng)用更是具有巨大的價值。
【附圖說明】
[0015]圖1為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的摻雜的光敏層所做器件的擬合的ι-v曲線圖。
[0016]圖2為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的未摻雜的光敏層所做器件的擬合的ι-ν曲線圖。
[0017]圖3為摻雜與未摻雜的光敏層的UV-visible圖。
[0018]圖4為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的未摻雜光敏層所做器件的響應(yīng)率曲線圖。
[0019]圖5為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的摻雜光敏層所做器件的響應(yīng)率曲線圖。
[0020]圖6為器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]襯底1，光敏層2，金屬或透明導(dǎo)電極3，空穴傳輸層4。
【具體實施方式】
[0022]實施例1，如圖1-6所示:
一種近紅外可見光的0PV碘摻雜的光伏型的有機探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，包括襯底1，金屬或透明導(dǎo)電極3、空穴傳輸層4以及有機光敏層2等，襯底1，在襯底上用磁控濺射或電子束蒸發(fā)制備金屬或透明導(dǎo)電極3，在透明導(dǎo)電極上旋涂空穴傳輸層4，再在空穴傳輸層上旋涂有機光敏層2，最后在光敏層上使用電子束蒸發(fā)制備上金屬電極3。
[0023]本發(fā)明所述的襯底1材料為廉價的玻璃。
[0024]具體制備工藝如下:
(1)在玻璃襯底上用磁控濺射沉積約180nm的ΙΤ0膜；
(2)再將該膜使用化學(xué)濕洗的方法濕洗之后，吹干，這樣主要是為了增加其親水性，為后面的膜的旋涂的均勻性作準(zhǔn)備；
(3)在濕洗后且吹干的具有透明導(dǎo)電極的襯底上，用轉(zhuǎn)速為2000rpm，時長為60 s,旋涂上一層功能層PED0T:PSS膜作為空穴傳輸層，之后在溫度為80°C的烤箱里面烘烤10分鐘，為下一層膜材料的旋涂作準(zhǔn)備；
(4)在旋涂有空穴傳輸層的襯底上，以轉(zhuǎn)速為2000rpm,時長為30 s下，旋涂混有碘(5%)的光敏層，光敏材料是P3HT和PCBM進(jìn)行碘的受主摻雜之后對近紅外有光電響應(yīng)的太陽能電池的0PV材料，然后在溫度為150°C的爐子中處理15分鐘，這主要是為了兩個目的，一個是去除水分，另外一個是使兩種材料的有序度提高，并對于摻雜的材料來說，也是為了充分地與摻雜的碘形成化學(xué)鍵的結(jié)合；
(5)將具有前面都制備均勻的各層的襯底使用電子束蒸發(fā)的方法，將金屬A1電極蒸發(fā)制備之后，這個器件就已制成。
[0025]圖1為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的摻雜的光敏層所做器件的擬合的ι-ν曲線圖，摻雜之后光電流與暗電流有了顯著的開光比。
[0026]圖2為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的未摻雜的光敏層所做器件的擬合的ι-ν曲線圖。
[0027]圖3為摻雜與未摻雜的光敏層的UV-visible圖，摻雜之后的光敏層在紅外波段有了明顯的提尚。
[0028]圖4為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的未摻雜光敏層所做器件的響應(yīng)率曲線圖，。
[0029]圖5為在不同光照強度下同一波長為850納米的近紅外光照射下的摻雜光敏層所做器件的響應(yīng)率曲線圖，與圖4相比，響應(yīng)率有了兩個量級的提高。
[0030]實施例2:
一種近紅外寬光譜的探測器，其制備工藝與實施例1相比，該方法除了碘的摻入方式的改變之外，其他并無變化，如摻雜方式為:
在0PV材料中的碘的摻入，使用的不是直接混合到0PV的光敏材料，而是在旋涂得到均勻的未摻雜的光敏層之后，稱量10 mg的碘，將該質(zhì)量的碘放到培養(yǎng)皿中，在溫度為150°C的加熱板上加熱，將未摻雜的具有光敏層的襯底放置正對于培養(yǎng)皿一定距離之上面，襯底的面積為2.5cmX2.5cm，在碘蒸汽的揮發(fā)下，處理直到碘蒸汽揮發(fā)完全方可。之后再在溫度為150°C的爐子內(nèi)處理15分鐘，之后再用電子束的方法制得金屬A1電極，從而近紅外探測器制備得到。
[0031]以上所述的實施例僅為了說明本發(fā)明的技術(shù)思想和特點，其目的是使本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員能夠充分地了解發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，然而，本發(fā)明的范圍不局域上述的這些具體實施例，即凡是能夠依據(jù)本發(fā)明所揭示的思想而做的同等的變化和修飾，仍涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種近紅外可見光的OPV碘摻雜的光伏型的有機探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，包括襯底(1)，金屬或透明導(dǎo)電極(3)、空穴傳輸層(4)以及有機光敏層(2)等，其特征在于所說的光敏層(2)材料是進(jìn)行碘的受主摻雜之后對近紅外有光電響應(yīng)的太陽能電池的OPV材料。2.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外可見光的OPV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說的光敏層(2)的太陽能電池的OPV材料是P3HT和PCBM兩者按照質(zhì)量比1:08~1:1的混合，所說的太陽能電池的OPV材料進(jìn)行碘的受主摻雜，其中碘的質(zhì)量和OPV材料的質(zhì)量比大于等于0且小于等于1/10。3.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外可見光的OPV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說的空穴傳輸層是設(shè)置在透明電極(3)之上的，其中空穴傳輸層(4)是由PEDOT: PSS溶液旋涂形成的單層薄膜。4.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外可見光的OPV碘摻雜的光伏型的有機探測器，其特征在于所說金屬或透明導(dǎo)電極(3)包括A1電極及ITO透明電極。5.如權(quán)利要求1或2所述有機探測器中光敏層(2)OPV材料進(jìn)行碘的受主摻雜的方法，其特征在于碘直接摻入光敏層(2) OPV材料中，再將混有碘的光敏層(2) OPV材料旋涂在空穴傳輸層(4)上。6.如權(quán)利要求1或2所述有機探測器中光敏層(2)OPV材料進(jìn)行碘的受主摻雜的方法，其特征在于旋涂得到均勻的未摻雜的光敏層(2) OPV材料之后，稱量一定質(zhì)量的碘，將該質(zhì)量的碘放到培養(yǎng)皿中，在溫度為150°C的加熱板上加熱，將未摻雜的具有光敏層的襯底放置正對于培養(yǎng)皿一定距離之上面，在碘蒸汽的揮發(fā)下，處理直到碘蒸汽揮發(fā)完全。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是光導(dǎo)型有機半導(dǎo)體探測器。本發(fā)明公開了一種近紅外可見光的OPV碘摻雜的光伏型的有機探測器，在襯底上設(shè)置各功能層構(gòu)成，包括襯底（1），金屬或透明導(dǎo)電極（3）、空穴傳輸層（4）以及有機光敏層（2）等，其特征在于所說的光敏層（2）材料是進(jìn)行碘的受主摻雜之后對近紅外有光電響應(yīng)的太陽能電池的OPV材料。這種光敏材料是一種典型的太陽能電池常用的OPV材料，為實現(xiàn)對近紅外波段的響應(yīng)，進(jìn)行了有效的碘的受主摻雜。本發(fā)明具有易于實現(xiàn)大面積、大陣列，光敏層材料電阻可控，無需制冷，可實現(xiàn)柔性加工等優(yōu)勢特點，在軍事、民用以及一些特定領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。
【IPC分類】H01L51/46
【公開號】CN105355793
【申請?zhí)枴緾N201510748182
【發(fā)明人】唐利斌, 姬榮斌, 項金鐘, 田品, 孔金丞, 袁俊, 太云見, 趙鵬
【申請人】昆明物理研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月6日