1 太原理工大学物理学院，山西 太原 030024
2 太原理工大学电子信息与光学工程学院，山西 太原 030024
通过在成本较低的活性层P3HT中引入少量在近红外波段有吸光能力的有机受体Y6制成倍增器件，Y6与P3HT发生分子间电荷转移，使得器件的响应波段拓展至1310 nm，在目前所报道的近红外倍增型有机光电探测器中具有明显优势。在空穴传输层与活性层之间引入原子级厚度的Al2O3，极大降低了器件的暗电流，将器件由只能反向偏压响应改善到能够正反双向偏压响应。Al2O3修饰后器件在860 nm处的外量子效率为800%，比探测率为5.6×1011 Jones；1310 nm处器件的外量子效率为80.4%，比探测率为5.13×1010 Jones。
探测器 分子间电荷转移 近红外波段 有机光电倍增探测器 双向偏压 界面修饰
高灵敏度的有机光电探测器（OPD）具有从可见光到近红外（NIR）的宽带响应和优异的整体器件性能,在包括高质量生物成像在内的各种应用中起到了非常重要的作用。文章使用Silvaco TCAD模拟了一种活性层由宽带隙聚合物PBDTTT-C-T作为给体以及稠合八烷基小分子FOIC作为受体构成的混合物所制成的宽带有机光电探测器。模拟结果表明,器件的暗电流密度、外量子效益、可探测到的最低光强能力等各项指标达到了很好的水平,与实验数据吻合较好。由此,可认为模拟过程中所使用到的参数具有较好的可信度和使用价值,可以为同类型光电探测器的模拟与研究提供有益借鉴。
有机光电探测器 非富勒烯受体 暗电流密度 外量子效率 Silvaco TCAD Silvaco TCAD organic photodetectors non-fullerene acceptors dark current density external quantum efficiency
西安理工大学 自动化与信息工程学院，西安 710048
为实现有机光电探测器对三基色（红、绿、蓝）的全响应以及器件性能的改善，研究了在P3HT∶PCBM活性层中，掺入非富勒烯受体ITIC实现光谱拓宽以及通过改善迁移率的平衡性和活性层表面形态，进而改善探测器性能的方法，着重研究了ITIC受体含量对探测器光电学性能的影响。在此基础上，获得了一个覆盖400~800 nm波长范围的三基色探测器，并且在低偏压-1.5 V下三基色（波长为630、530和460 nm）的外量子效率EQE和比探测率D*分别达到了56%、68%、52%和1.17×1012 Jones、1.4×1012 Jones、1.2×1012 Jones。结果表明：在P3HT：PC61BM中混入适量的ITIC，不仅可将光谱拓宽到400~800 nm，改善器件的光学特性，而且还可以提高激子解离率和载流子收集率，降低混合薄膜中的双分子复合，使器件电学特性得到了明显改善。本文研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路。
有机光电探测器 体异质结 三元活性层 激子解离 ITIC Organic photodetectors Bulk heterojunction Ternary active layer Exciton dissociation ITIC
1 闽江学院 物理与电子信息工程学院， 福建 福州 350108
2 重庆邮电大学 光电工程学院， 重庆 400065
采用溶液法制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al的四元倍增型有机光电探测器，器件本体异质结活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO∶PC71BM以90∶10∶0.5∶0.5的质量比共混组成。随着偏压增加，器件外量子效率(External quantum eciency,EQE)远超100%，并展现300~850 nm的宽光谱响应。在330 nm与780 nm处，器件可获得的最高EQEs和响应度分别为773000%和2 057 A·W-1 以及311000%和1 956 A·W-1，为有机光电探测器在紫外和近红外光区可获得的最高EQE和响应度之一。-25 V偏压下, 与结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶IEICO(90∶10∶1)/Al的三元器件相比，四元器件的平均EQE(388167%)、响应度(1 604 A·W-1)以及探测灵敏度(3.6×1013 Jones)分别提高了0.5倍、0.5倍和0.4倍，有效提升了器件对弱光的探测能力。上述结果提供了一种制备多元宽带倍增型有机光电探测器的有效策略,用以提高器件弱光探测能力，特别是提升了器件对紫外和近红外光的响应与探测能力。
溶液法 四元 倍增型有机光电探测器 紫外 近红外 solution processing method quaternary photomultiplication-type organic photodetectors ultraviolet near infrared
1 闽江学院 物理与电子信息工程学院, 福建 福州 350108
2 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
采用溶液法制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶IEICO/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO/Al的倍增型有机光电探测器, 活性层中电子给体(P3HT)和电子受体(IEICO)的质量比为100∶1。以氧化锌(ZnO)为界面层的器件在正向与反向偏压下都能良好工作, 而以PEDOT∶PSS为界面层的器件只能在反向偏压下工作。 -15 V偏压下, 与PEDOT∶PSS界面层器件相比, ZnO界面层器件的暗电流密度(2.2 μA/cm2)降低4倍以上, 1.5 mW/cm2光照下的光电流密度(3.7 mA/cm2)提高3倍以上, 外量子效率(External quantum efficiency,EQE)平均值(3262%)、响应度平均值(13.3 A/W)和探测灵敏度平均值(1.6×1013 Jones)分别提高4倍、4倍和11倍以上。这些结果表明, 以ZnO为倍增型有机光电探测器的界面层, 可以降低器件的暗电流密度并提高器件的EQEs, 从而显著提高器件的光电性能。
溶液法 氧化锌 界面层 倍增型有机光电探测器 solution-processing ZnO interfacial layer photomultiplication-type organic photodetectors
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
采用改变有机探测器活性层中给受体比例的方法,实现器件工作电压的可调性.研究PBDT-TT-F∶PC61BM∶C60光电倍增型器件中不同PC61BM浓度对空穴隧穿注入电压的影响.在接近600%的外量子效率下,通过调控PC61BM的浓度,既可以获得－3 V较低工作电压器件,也可以获得－6 V较高工作电压器件.结果表明,通过调节活性层中PC61BM的浓度 ,可以改变激子解离率和空穴传输能力,引起阳极对空穴注入电流收集率的变化,最终达到调控工作电压要求. 本文为实现工艺简单、低工作电压且可调的倍增型有机光电探测器提供了参考.
有机探测器 光电倍增 电压可调 空穴隧穿注入 激子解离 Organic photodetectors Photoelectronics multiplication Controllable operating voltage Hole tunneling injection Exciton dissociation 光子学报
2019, 48(10): 1004002
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
选取光电倍增结构探测器, 在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶［6,6］-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)中掺入小比例碳60(C60)作电子陷阱, 研究了在陷阱辅助作用下引入阴极空穴隧穿注入产生光电倍增的机理以及C60浓度对器件光电性能的影响.当电子陷阱C60浓度为1.5 wt.%时, －0.5 V偏压下探测器在波长为455 nm、光功率为0.21 mW·cm－2光照下外量子效率为436.4%, 响应度为1.62 A·W－1, 比探测率为2.21×1013 Jones, 线性动态范围约为100 dB.光照下部分光生电子被活性层中的陷阱俘获, 特别是在靠近阴极Al处的电子积累, 将诱导阴极空穴隧穿注入, 结合利用体异质结探测器低工作电压的优势, 可大幅提高光电流, 从而获得低工作电压、高比探测率的探测器.
有机光电探测器 光电倍增 电子陷阱 空穴隧穿注入 比探测率 Organic photodetectors Photomultiplication Electron trap Hole tunneling injection Detectivity 光子学报
2018, 47(10): 1004002
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器, 利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上, 对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明, 混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域, 对350~700 nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1 V偏置电压下, 对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×1011 Jones、3.22×1011 Jones、1.97×1011 Jones, 表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果, 尤其对红光的探测率有3~4倍提升.
有机光电探测器 三基色 活性层 光电特性 混合型结构 宽光谱响应 Organic photodetectors Trichromatic Active layer Photoelectric characteristics Hybrid structure Broad spectral response PBDT-TT-F∶PCBM PBDT-TT-F∶PCBM
