短波近红外聚合物光电探测器界面工程及研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxn222007
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随着光电探测器在国防、航天、通讯、远程控制、无人驾驶等日常生产生活及国民经济各领域被广泛应用,关于光电探测器的研究就成为了热点。提升光电探测器的探测性能、拓宽光电探测器的探测范围成为了促进光电探测器发展的基础与重要课题。有机光电探测器和界面修饰层的使用可有效改善光电探测器的探测性能,光电探测暗电流密度的降低、光响应度的提高都直接影响光电探测器比探测率的提高。本文使用一系列不同的聚合物作为光电探测器的光敏活性层,采用不同界面修饰层制备光电探测器。本论文第二章采用窄带隙聚合物PTIIG-DT作为聚合物光电探测器的电子给体材料,其固态薄膜中的吸收带边为1488 nm,所对应的光学带隙为0.83 eV。文中采用结构为ITO/ZnO(PFN)/PTIIG-DT:PC61/71BM/MoO3/Ag的器件进行J-V性能测试和光电探测性能测试。对PTIIG-DT:PC61BM质量比进行筛选,质量比为1:3时,器件性能最优。所有器件均在300nm至1200 nm的范围内有光电响应,并且质量比为1:3的器件5在300 nm至1200 nm的整个范围内表现出最高的比探测率。在零偏压下,器件5的比探测率在320 nm至1070 nm之间大于1×10122 Jones,在390 nm处的峰值比探测率为5.5×101 2Jones,在870 nm下的峰值比探测率为3.76×10122 Jones。通过比较ZnO和PFN对基于PTIIG-DT的不同光敏活性层器件性能的影响,本节发现ZnO作为基于PTIIG-DT的光电探测器的阴极修饰层,器件的短路电流密度都会有较为明显的提升,外量子效率与光响应度也相对较高。由于零偏压下各器件的暗电流密度相差不大,所以采用ZnO作为阴极修饰层的器件表现出较高的比探测率。论文第三章基于PHDTZ-T:PC71BM作为器件光敏活性层,采用热蒸镀法和旋涂法两种不同方法制备2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(浴铜灵,BCP)界面层作为光电探测器的空穴阻挡层,实现了器件的光倍增。PHDTZ-T:PC71BM给受体材料质量比为1:3时,器件的光响应度最高。BCP旋涂转速为3000 r时,器件在-1.5 V和-2.5 V的反向偏压下的暗电流密度最低,外量子效率、光响应度和比探测率均为最高。经过退火处理BCP空穴阻挡层使得器件暗电流密度提高,外量子效率、光响应度和比探测率全都降低,不利于提升器件性能。随着测试偏压的逐渐增加,器件的比探测率也随之增加,反向偏压为-2.5时,器件比探测率较高。相比于旋涂法制备BCP空穴阻挡层的器件,热蒸镀法制备BCP空穴阻挡层的器件性能有了明显提升,器件在380 nm处和850 nm处的比探测率分别为4.83×1010Jones和2.73×1010Jones。文中使用热蒸镀BCP空穴阻挡层制备基于POT-DPP:PC71BM的器件也实现了光倍增。在-1.2 V反向偏压下,在380 nm处和850 nm处的比探测率分别为1.42×1010Jones和3.44×1010Jones。本文第四章使用PBDT-T:ITIC作为光敏活性层材料,采用PFN-ON、PFN和ZnO等作为阴极修饰层制备光电探测器,探究PFN-ON是否可作为界面修饰层用于有机光电探测器。当PFN-ON的旋涂转速为2300r时,器件的性能最优,其开路电压为0.849 V,短路电流密度为15.41 mA/cm2,在零偏压下的暗电流密度为2.75×10-66 mA/cm2。器件在在700 nm处的外量子效率、光响应度和比探测率分别为77.6%、438.4 mA/W和1.48×10133 Jones。对比PFN-ON、PFN和ZnO作为阴极修饰层的器件性能发现,当PFN-ON作为器件阴极修饰层时,器件开路电压、短路电流密度、外量子效率和光响应度几乎都为最优,在零偏压下的暗电流密度与比探测率甚至可以与使用ZnO作为阴极修饰层器件媲美。这为PFN-ON作为聚合物光电探测器的界面修饰层提供了可能。
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