表面等离激元增强有机近红外光探测器及物理研究

近红外（NIR）光探测器在光纤通信、网络互联、火灾报警及遥控等方面具有重要的用途。与无机NIR光探测器相比，光子型有机NIR光探测器具有制备工艺简单、制造成本低、对环境污染小、易加工成大面积阵列、可集成在各种基板上、重量轻、响应速度快、可望在室温下工作等优点。但是，目前国内外在有机NIR光探测器方面的研究刚刚起步，其响应度、探测率等性能有待进一步提高。金属纳米粒子的表面等离激元可以提高光电转化器件的吸收效率和激子分解速率，因此有望在有机NIR光探测器方面得到应用，但是目前该方向的研究几乎是空白。本课题拟采用金属纳米粒子的表面等离激元提高光子型有机NIR光探测器的性能，获得高响应度和探测率的NIR光探测器；同时采用超快速高分辨光谱技术，如光致发光瞬态衰减光谱、瞬态吸收光谱，对相关基础物理问题进行深入研究，揭示器件性能提高的内在物理原因。

在本项目支持下，我们主要开展了有机近红外光探测器、表面等离激元增强有机近红外光探测器及相关物理机制研究。以PbPc为给体材料，C60为受体材料，设计制备了PbPc/C60平面异质结的近红外光探测器。0 V时优化器件在900 nm处的EQE达到了18%，-6 V时，其EQE上升到33%。响应地，器件在0 V和-6 V时的探测率分别为2.34×1011 Jones和6.63×1010 Jones。这个性能明显高于已经报道的有机小分子光探测器。为了进一步提高器件性能，我们采用C70作为受体材料，设计制备了PbPc：C70体异质结结构近红外光探测器。0 V时优化器件在890 nm处的EQE达到了30%，探测率为4.2×1012 Jones。相关性能较以C60为受体材料平面异质结器件由明显提高。另外，我们还采用AZO作为探测器的透明阳极，所制备近红外探测器的EQE接近于ITO作为透明阳极的器件。同时，我们对表面等离激元增强有机光伏器件及机制进行了研究。通过在器件中引入金属纳米粒子，器件的性能得到了提高。器件性能提高主要由于金属纳米粒子的引入提高了器件的电导率和所产生的表面等离激元效应提高了器件的光吸收。相关研究结果共发表学术论文21篇，其中SCI论文18篇，影响因子大于3.0的论文15篇，EI论文2篇。