一種全溶液法制備全碳柔性光探測器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光探測器領(lǐng)域，涉及一種全溶液法制備全碳柔性光探測器及其制備方法，該探測器包括柔性電極和中間活性層兩部分。具體的，所述的電極是在柔性PET襯底上噴涂聚(3,4?乙烯二氧噻吩)?聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)電極；所述的中間活性層是將單壁碳納米管(SWCNT)溶液和C60溶液分層噴涂在電極的溝道部分形成的中間活性層。最終制備一種全溶液法制備全碳柔性光探測器。該器件具有結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)異等特點，且制備工藝簡單，成本較低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種全溶液法制備全碳柔性光探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及光探測器領(lǐng)域，具體地說，涉及一種全溶液法制備全碳柔性光探測器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光探測器是一種把光能轉(zhuǎn)換成電信號的電子器件。近年來，光探測器己廣泛應(yīng)用在光通信、遠距離傳感、工業(yè)自動控制、熱成像、夜視和導(dǎo)彈制導(dǎo)等國民經(jīng)濟和軍事領(lǐng)域。然而，部分光探測器中含有毒有害元素及剛性的特征限制了其進一步使用和發(fā)展。因此，很多西方發(fā)達國家制定了促進柔性電子器件發(fā)展的重大針對性研究計劃，如日本的TRADIM計劃、美國的FDCASU計劃、歐盟第七框架計劃中的Poly Apply和SHIFT計劃等。因此，具有綠色環(huán)保、柔性、高靈敏度特征的探測器成為人們研究的焦點。
[0003]近年來，一系列的碳結(jié)構(gòu)，如富勒烯，碳納米點，碳納米管，石墨烯和石墨烯量子點，由于其優(yōu)異的化學(xué)、物理、機械和電子性能，已引起了人們巨大的研究興趣。其優(yōu)點如下:碳資源豐富，化學(xué)穩(wěn)定性、良好的生物相容性和非毒性等。碳基材料被廣泛應(yīng)用于生物成像，醫(yī)療診斷、催化、光電等光電器件。以全碳為基礎(chǔ)創(chuàng)建高性能光電器件，從而達到所得器件具有成本低、無毒性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點的目的。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中部分光探測器中含有毒、有害的元素及剛性的缺點，且部分光探測器的制備工藝相對復(fù)雜，所以，急需一種具有無毒、穩(wěn)定的光響應(yīng)、制備工藝簡單的柔性全碳光探測器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明目的在于提供一種具有優(yōu)秀響應(yīng)能力的全溶液法制備全碳柔性光探測器。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種全溶液法制備全碳柔性光探測器，通過以下方法制備，具體步驟如下:
[0008]I)柔性襯底的處理；
[0009]2)電極的制備；
[0010]3)中間活性層的制備；
[0011]4)利用半導(dǎo)體測試儀，測試所得的光探測器。
[0012]進一步的技術(shù)方案，所述的步驟I)中柔性襯底的處理是將柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲10min-30min,氮氣吹干。
[0013]進一步的技術(shù)方案，所述的柔性襯底為PET襯底。
[0014]進一步的技術(shù)方案，所述的步驟2)電極的制備是先將具有電極圖案化的掩膜板置于柔性襯底上，然后將PEDOT/PSS溶液置于噴槍中，將其噴涂于掩膜板的空白處，進行電極噴涂，噴涂完成后，將掩膜板取下;加熱臺的溫度為80°C_85°C。
[0015]進一步的技術(shù)方案，所述的PEDOT/PSS溶液在噴涂前需預(yù)處理，其操作為:用乙醇稀釋至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的DMSO，充分混合均勻溶液;混合溶液可放在震蕩器上進行震蕩，時間為30min-60min使溶液混合均勻;現(xiàn)有的PEDOT/PSS溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，用乙醇稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，溶液稀釋后，有利于溶液噴出噴槍而又不至于堵住槍口，嗔涂均勾，提尚光探測器的質(zhì)量。
[0016]進一步的技術(shù)方案，所述的步驟3)中間活性層的制備是先將SWCNT溶液置于噴槍中，噴涂在電極的溝道部分，SWCNT層充分干燥后，將C6q溶液置于噴槍中，噴涂在SWCNT層上，加熱臺的溫度為80°C-90°C，待中間活性層干燥后即得產(chǎn)品。
[0017]進一步的技術(shù)方案，所述的SWCNT溶液的制備是取5mgSWCNT于15mL的離心管中，加入1mL溶液，超聲，時間為5-8h，形成分散均勻的SWCNT溶液，稀釋SWCNT溶液的濃度至
0.006mg/ mL-0.0 lmg/ mL，所述的溶液為水、異丙醇、乙醇中的一種。
[0018]進一步的技術(shù)方案，所述的C6q溶液的制備是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均勻溶液，形成分散均勻C6q的飽和溶液;混合方式可采用用磁力攪拌器進行攪拌。
[0019]進一步的技術(shù)方案，所述的SWCNT溶液的用量為93uL-117uL/cm2;
[0020]所述的C6q溶液的用量為333uL-667uL/cm2。
[0021]所述的PEDOT/PSS是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸；SWCNT是單壁碳納米管O
[0022]有益效果
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0024]1.本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)簡單，為平面型結(jié)構(gòu)，而且具有性能優(yōu)異的特點。
[0025]2.本發(fā)明的器件為全碳器件，無毒，成本較低。
[0026]3.本發(fā)明的器件襯底選的是PET柔性襯底，可以進行彎曲，在彎曲的過程中，器件仍能保持優(yōu)良的性能。
[0027]4.本發(fā)明的制備為全溶液法制備，制備工藝簡單，操作方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0028]5.本發(fā)明的中間活性層選用單壁碳納米管(SffCNT)具有高載流子迀移率、易加工性、高機械靈活性等特點，單壁碳納米管(SWCNT)和C6q作為中間活性層，光誘導(dǎo)電子從單壁碳納米管轉(zhuǎn)移到C6q，形成性能優(yōu)異的光探測器件。
[0029 ] 6.本發(fā)明的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液制作電極，其具有良好的導(dǎo)電性能，機械靈活性等的特點。
[0030]7.本發(fā)明的全溶液法制備全碳柔性光探測器具有穩(wěn)定，優(yōu)異的光響應(yīng)能力。例如:在進行V-1測試時，電流隨著光的強度的不同，有明顯的增強;在進行T-1的器件測試，當(dāng)固定電壓為2V條件下，彎曲之前光探測器的其最高電流/最低電流為38倍，彎曲時測量其最高電流/最低電流為17倍，彎曲結(jié)束后測試其最高電流/最低電流為34倍。以上均可說明我們的光探測器對光具有優(yōu)秀的響應(yīng)能力，且器件彎曲前后具有穩(wěn)定的性能。
【附圖說明】
[0031]圖1為中間活性層單壁碳納米管(SWCNTMPC6f^掃描電鏡圖片；
[0032]圖2為光探測器的光暗IV曲線；
[0033]圖3(a)為彎曲器件之前，用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進行測試的光電時間響應(yīng)曲線圖；
[0034]圖3(b)為將器件用50ml離心管進行器件的彎曲測試的光電時間響應(yīng)曲線圖；
[0035]圖3(c)為彎曲器件之后，用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進行測試的光電時間響應(yīng)曲線圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0037]以下所述僅是本發(fā)明的【具體實施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過該說明書所闡述的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的各項細節(jié)與應(yīng)用，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改善和潤飾，這些改善改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。實施例1
[0038]一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，按照以下步驟進行:
[0039]I)柔性襯底處理:柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲20min,氮氣吹干。
[0040]2)制備電極:用乙醇稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的二甲基亞砜(DMSO)溶液來增加其聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)的導(dǎo)電性。將此混合溶液放在震蕩器上進行震蕩，時間為30min使溶液混合均勻。取10uL聚(3，4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液置于噴槍中，進行電極的噴涂，加熱臺的溫度為80 0C。
[0041 ] 3)制備中間活性層:中間活性層(尺寸為0.3cm* I cm)為單壁碳納米管(SWCNT)和C60兩層，首先制備單壁碳納米管(SWCNT)溶液，方法如下:取5mg單壁碳納米管(SWCNT)于15mL的離心管中，加入1mL異丙醇(IPA)溶液，置于超聲機中進行超聲，超聲時間為6h，形成分散均勻的單壁碳納米管(SWCNT)溶液，將溶液濃度稀釋為0.006mg/mL。然后制備C6q的甲苯飽和溶液。取C6Q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，形成溶質(zhì)為C6q，溶劑為甲苯的飽和溶液，用磁力攪拌器進行攪拌，形成分散均勻的C6q的飽和溶液。最后對單壁碳納米管(SWCNT)和C6q進行分層噴涂。第一層:單壁碳納米管(SWCNT)層，將單壁碳納米管(SWCNT)溶液混合均勻后，取35uL的單壁碳納米管(SWCNT)溶液置于噴槍中，對中間活性層的位置進行噴涂。加熱臺的溫度為850C，將單壁碳納米管(SffCNT)層充分干燥。第二層:C6q層，取10uL的C6q溶液置于干凈的噴槍中，在第一層的基礎(chǔ)上進行C6q溶液的噴涂，加熱臺的溫度為85°C。
[0042]4)利用半導(dǎo)體測試儀，測試所得的光探測器隨著光強的增加其光電流也不斷的增加，且在固定電壓為2V彎曲前后均能保持穩(wěn)定的光電響應(yīng)。
[0043]從圖1中可以看出，C6q覆蓋在單壁碳納米管(SWCNT)上面，形成我們所需的中間活性層部分。
[0044]從圖2中可以看出，光強不同，光電流具有明顯的變化。
[0045]從圖3(a)-圖3(c)中可以看出，在固定電壓為2V的情況下，電流隨時間和光源的開關(guān)的變化，光探測器仍能保持優(yōu)良的性能。
【主權(quán)項】
1.一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)柔性襯底的處理； 2)電極的制備； 3)中間活性層的制備； 4)利用半導(dǎo)體測試儀，測試所得的光探測器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的步驟I)中柔性襯底的處理是將柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲10min-30min,氮氣吹干。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的柔性襯底為PET襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的步驟2)電極的制備是先將具有電極圖案化的掩膜板置于柔性襯底上，然后將PEDOT/PSS溶液置于噴槍中，將其噴涂于掩膜板的空白處，進行電極噴涂，噴涂完成后，將掩膜板取下;加熱臺的溫度為80°C-85°C。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的PEDOT/PSS溶液在噴涂前需預(yù)處理，其操作為:用乙醇稀釋至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的DMSO，充分混合均勻溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的步驟3)中間活性層的制備是先將SWCNT溶液置于噴槍中，噴涂在電極的溝道部分，SWCNT層充分干燥后，將C6q溶液置于噴槍中，噴涂在SWCNT層上，加熱臺的溫度為80 °C -900C，待中間活性層干燥后即得產(chǎn)品。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的制備是取5mg SWCNT于15mL的離心管中，加入1mL溶液，超聲，時間為5-8h，形成分散均勻的SWCNT溶液，稀釋SWCNT溶液的濃度至0.006mg/mL-0.0 lmg/mL，所述的溶液為水、異丙醇、乙醇中的一種。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的C6q溶液的制備是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均勻溶液，形成分散均勻C6q的飽和溶液。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測器的制備方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的用量為93uL-l 17uL/cm2 ； 所述的C60溶液的用量為333uL-667uL/cm2 ο10.權(quán)利要求1-9任一項所述制備方法制得的全碳柔性光探測器。
【文檔編號】H01L31/09GK106024923SQ201610597654
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】劉舉慶, 曹立君, 黃維
【申請人】南京工業(yè)大學(xué)