基于有机小分子材料的从紫外-可见到近红外区光探测器的研究

各波段探测器在远程控制、光通信、遥感技术、激光测距、扫描成像、光谱分析、医学和生化检测、光功率测量、火焰检测，杀菌灯光和医疗灯光的控制等方面具有广泛用途。有机半导体材料相对于无机半导体材料，具有价廉质轻、易加工成大面积阵列、柔性器件和通过分子剪裁调控光电性能的优势。国内外报道的有机半导体材料的应用研究主要集中在有机发光二极管、有机场效应晶体管和有机光伏太阳能电池上，忽略了有机半导体材料在光电探测方面的研究。本申请拟以叠层器件结构的形式研制基于有机小分子材料的从紫外－可见到近红外区的宽光谱响应的有机光探测器。探究光生激子的扩散和外场下的激子分解和自由电荷在电极处的收集等微观物理过程和光物理机制，并以此指导器件结构设计，获得从紫外－可见到近红外区的原理性有机光探测器。

从紫外，可见到近红外响应的宽光谱在工业和科研研究中具有重要的应用，比如成像、光通讯、环境监测、远程控制、化学生物传感等。在本项目支持下，我们主要开展了宽光谱响应的有机光探测器的结构设计、制备及其相关的微观物理过程和物理机制研究。. 设计制备了级联式宽谱带有机光探测器，其响应光谱覆盖200~900 nm。器件结构为ITO/m-MTDATA/TiOPc/PTCDI-C8:F16CuPc/Bphen:Cs2CO3/Ag/Al。在这个器件中，存在两个异质结界面，一个为m-MTDATA/TiOPc，另一个为TiOPc/PTCDI-C8:F16CuPc。通过优化各功能层的厚度，可以器件获得平衡的载流子传输特性，从而使器件具有高的效应度。器件在200~900 nm 波长范围内的光电转化效率均高于20%。同时，器件的响应速度非常快，达到了56 ns。. 设计制备了平面异质结的简单结构宽谱带有机光探测器，其响应光谱覆盖300~1100 nm。器件结构为ITO/CuI/PbPc/C60/Bphen/Al。0 V下，器件在900 nm处的光电转化效率可达18%，在-6 V下，光电转化效率可达33%。这个效率明显高于已经报道的有机小分子光探测器。.设计制备了结构为ITO/CuPc/CuPc：F16CuPc/F16CuPc/LiF/Al的红外光探测器。-8 V电压下，器件在808 nm处的光电转化效率可达9.2%。该器件具有快的响应速度，达到了80 ns。同时，器件的响应带宽达到了14 MHz，高于大部分报道的有机光探测器。进一步研究表明，器件之所以具有良好的性能是因为CuPc/F16CuPc界面处具有大的能级偏差。. 同时，我们还进行了可见光响应光伏器件性能优化研究，为下一步构建高性能宽谱带有机光探测器做好准备。相关研究结果共发表学术论文15篇，其中SCI论文13篇，影响因子大于3.0的论文11篇，EI论文2篇。