光电倍增型宽光谱响应有机光电探测器件的研究

As organic photodetectors have advantages of flexible, low-cost, easy to large area and wide-spectrum response, they will be widely used in applications of optical signal detection and image, etc. But the external quantum efficiency of the organic photodetectors with wide spectrum response is still relatively low, which greatly affects their practical applications. In this project, we will design and fabricate wide spectrum response organic photodetectors by photomultiplication effect to solve this problem. Devices with high external quantum efficiency will be designed and fabricated by using the accumulation of holes generated from the separation of exciton under light illumination to enhance tunneling injection from the electrode, which will also help to enhance the detection sensitivity of the devices. Together with suitable choice of material and efficient device structure design, photomultiplication-type organic photodetectors with high external quantum efficiency and wide spectrum response will be realized. The successful implementation of this project will lay a theoretical foundation for the applications of the organic photodetectors.

由于有机光电探测器件具有柔性、低成本加工、易于大面积和宽光谱响应等优点，它在光信号检测和成像等领域有着广泛应用前景。但目前宽光谱响应有机光探测器件的外量子效率还比较低，这极大影响了它的实际应用。本项目将设计和制备具有光电倍增管效应的宽光谱响应有机光电探测器件来解决这一问题。通过利用光态下激子分离后的空穴积累增强电极处的隧穿注入实现较高的光电倍增效应，来提高器件的外量子效率，从而增强器件的探测灵敏度，并通过合适材料选择以及有效的器件结构设计，最终实现具有高外量子效率的宽光谱响应光电倍增型有机探测器件。本项目的成功实施，将为有机光电探测器件走向应用奠定理论基础。

光电探测器件是从光信号到电信号转化的核心部件，它的应用涉及到国民经济的各个领域。有机光电探测器件作为一种新型的光电探测器件，由于其具有柔性、低成本加工、易于大面积和宽光谱响应等优点，它在光信号检测和成像等领域有着广泛应用前景。但目前宽光谱响应有机光探测器件的外量子效率还比较低，这极大影响了它的实际应用。本项目通过设计和制备具有光电倍增管效应的宽光谱响应有机光电探测器件来解决这一问题。开展的主要研究工作如下:（1）材料合成方面：我们合成了一系列窄带隙D-A型有机光电探测材料。用这些材料制成的有机光电探测器，显示出300 nm-1600 nm的响应。（2）器件构筑方面：我们利用光生载流子增强隧穿注入的方式初步制备了倍增型的有机光电探测器件，器件的光谱响应范围可以从250 nm-1000 nm，最大外量子效率可以超过10000%。同时，我们将ZnO纳米颗粒引入到界面层中，经过紫外光照射后，我发现有机光电探测器件的工作模式由光电二极管模式转变为光电导模式。经过30秒紫外光照的器件，增益阈值电压仅为 1.5mV，低光强外量子效率达到 140000%。器件的倍增机制符合光电导的基本模型，光电流增益可以解释为光生电子在其寿命内的快速渡越和补充。此外，我们也证实了上述两种结构的普遍适用性，为以后高外量子效率器件的制备提供了有效途径，这将为有机光电探测器件走向应用奠定一定基础。目前，器件的各项性能指标已经完全达到设定的目标，已经发表SCI收录学术论文9篇，并获得授权中国发明专利1项(专利号: ZL 201510581376.0)。