《光电子技术》第四章复杂工程问题——具有超窄带响应的倍增型有机光电探测器.docx

《光电子技术》第四章复杂科学与工程技术问题
具有超窄帶响应的倍增型有机光电探测器
窄带响应光电探测器由于具有光谱选择性，使其在监测、荧光显微及国防等 许多领域有重要的应用，这些应用的共同点是需要在特定入射光窗口产生大的响 应，而在所需窗口以外的波段响应较低或者没有响应。由于有机材料通常具有较 宽的吸收光谱范围，制备无滤光片、超窄带响应的有机光电探测器是较困难的, 而实现超窄响应的倍增型有机光电探测器更是一个巨大的挑战。
在2015年首次报道了纯有机体系的倍增型有机光电探测器。其中在 P3HT:PC61BM体系中实现了光电倍增效应，即在该体系中用少量的PC61BM作 为电子陷阱。之后，进一步掺杂窄带隙聚合物PTB7-TB,制备出三元体异质结器 件，拓展了近红外光谱响应。反向偏压下，在紫外-可见光-红外范围内都能够实 现很髙的EQE,并且还能保持较低的暗电流。该工作报道后得到有机电子学领 域权威专家、诺贝尔奖获得者Alan J. Heegei-教授的高度评价，他认为这一工作 为解决近红外有机光电探测器低响应、暗电流大的问题，指明了一个重要的研究 方向［Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 4825］。这一成果被编入英文专著 Photodetectorso
50000
*
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(b)


400 500 600 700 BOO
Wavelength (nm)
Under *20 V bias
• nm pn
■ • pm I ‘ ▼・ pn I
(1CC 1|
(％)UJoul
)2 2 1 1
(a(Eu) ao>ap £ ±fsod
400 500 BOO ?00 &(M
Wavelength (nm)
0
500 1000 1500 2000 2500
Position in device (nm)
400 500 600 700 800
Wavelength (nm)
300
图1 (a)器件中的光场分布模拟；(b)三个典型波长入射光在器件中的光场分布；(C) 以不同厚度的P3HT:PC71BM (100:1)作为活性层器件的EQE光谱；(d) pm时，器件在不同偏压下的EQE光谱
通过模拟器件ITO/PEDOT PSS/P3HT PC71BM (1OO:1)/A1中的光场分布发现, ，在短波段(v 630 iim)的入射光可以被活性层 完全吸收，而长波段(>630nm)的入射光则可以到达铝电极，从而使入射光与 经铝电极的反射光在活性层中形成稳定的干涉现象。通过制备一系列不同厚度活 性层的器件并表征其在・20V偏压下的EQE发现， Mm时， 器件在短波段几乎没有响应，只在长波段650nni附近有较窄的响应，其FWHM 只有27nm,且650 nm处的EQE值为600%,成功实现了窄光谱响应的光电倍 增型有机光电探测器。逐渐增大外加偏压到・60V,其最大EQE值达到了 53500%, 抑制比(650 mn与520 nm处的EQE比值)达到了 2020,更重要的是，响应光 谱的FWH