可见-近红外宽光谱倍增型有机光电探测器的研究.pdf

摘要

有机光电探测器具有制造成本低廉、材料带隙可调、机械柔性较好等优点。其

中，外量子效率EQE超过100%的倍增型有机光电探测器越来越引起研究人员的

兴趣。为了拓展器件的应用领域，需要拓宽响应光谱范围。本文在具有良好倍增性

能的体系P3HT:PC71BM中加入非富勒烯受体材料Y6，制得了具有从可见光到近

红外区域的宽响应光谱范围的倍增型有机光电探测器。利用小比例给体P3HT形

成的体陷阱捕获光生空穴，窄化了肖特基势垒，从而引起电子隧穿注入到活性层中，

实现倍增效应。该器件在正偏压和负偏压下均能实现倍增效应。

本文首先探究了Y6比例对器件性能的影响。对于波长850nm的近红外光，

当Y6占受体比例80wt%时，器件获得了最大的EQE。与二元体系P3HT:PC71BM

相比，加入了Y6的三元体系P3HT:PC71BM:Y6使得响应光谱范围从350nm~750

nm拓宽到350nm~950nm。与二元体系P3HT:Y6相比，三元体系P3HT:PC71BM:Y6

的EQE在10V偏压下从2%提升到了15691%，在-20V偏压下从84%提升到了

7639%。这是因为PC71BM与P3HT形成的深陷阱更有利于捕获空穴，而Y6的引

入能带来适量的低注入势垒，从而使更多电子隧穿注入。本文从光暗电流特性、

EQE、比探测率和瞬态光响应等多个方面进行了分析。器件的比探测率在10V和

-20V偏压下分别达到了9.53×1012Jones和3.89×1012Jones，具有良好的探测性能。

以ZnO作修饰层的器件的瞬态光响应曲线存在“起伏”和“尖峰”，需要选择

合适的修饰层进行优化。探究了不同修饰层对器件光暗电流特性、EQE、比探测率、

瞬态光响应、线性度和稳定性等性能的影响。以PFN、PDIN或PEIE-Zn作修饰层

均会使EQE和比探测率有所降低。但PEIE-Zn具有比ZnO更光滑的薄膜表面，且

器件具有较大的内建电场，可以忽略陷阱填充对内建电场的影响，因此消除了瞬态

光响应曲线中存在的“起伏”和“尖峰”，提升了器件的稳定性。器件的暗电流密

-82-4-92-4

度的方差在10V和-20V偏压下分别仅为1.85×10A·cm和4.61×10A·cm。

在光照2s时间内，光电流密度在10V和-20V偏压下分别仅下降了2.34%和0.25%。

在空气中暴露一周，光电流密度均维持在原光电流密度的98.94%以上。

综上所述，本文通过非富勒烯受体Y6的引入得到三元活性层，并利用合适的

修饰层改善器件的瞬态光响应曲线和稳定性，为制备高性能的宽光谱倍增型有机

光电探测器提供了新的思路。

关键词：光电倍增，有机光电探测器，宽光谱，三元活性层

ABSTRACT

Organicphotodetectorshaveadvantagesoflowfabricationcosts,adjustable

bandwidth,flexibility,andsoon.Photomultiplicationtypeorganicphotodetectorsare

attractingmoreandmoreresearchersinterestbecauseofthehighexternalquantum

efficiency(EQE)ofhigherthan100%.Inordertoexpandtheapplicationfieldsof

photodetectors,itisnecessarytobroadenthespectralresponserange.Inthisthesis,the

non-fullereneacceptorY6wasaddedintothesystemP3HT:PC71BMwithhigh

pho