【摘 要】
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有机光电探测器(OPD)具有可在柔性衬底上加工、易大面积制备、低成本等优势,在军事、工业和生活中都有巨大的应用潜力。经典的有机光电探测器多采用二极管结构,其器件由阴极/电子传输层/活性层/空穴传输层/阳极组成。其中,活性层作为光电信号转换的场所,通常由给体材料与受体材料共混得到。因此,给体和受体光敏材料是决定OPD性能的核心因素,这一点在近红外OPD的研究中更为突出。尤其是探测光谱范围超过1μm的
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有机光电探测器(OPD)具有可在柔性衬底上加工、易大面积制备、低成本等优势,在军事、工业和生活中都有巨大的应用潜力。经典的有机光电探测器多采用二极管结构,其器件由阴极/电子传输层/活性层/空穴传输层/阳极组成。其中,活性层作为光电信号转换的场所,通常由给体材料与受体材料共混得到。因此,给体和受体光敏材料是决定OPD性能的核心因素,这一点在近红外OPD的研究中更为突出。尤其是探测光谱范围超过1μm的近红外光敏材料,是近年来近红外OPD材料研究的热点。近红外聚合物给体材料一直是近红外OPD研究的核心材料,为实现400 nm-1.5μm的光谱吸收,需要显著降低聚合物带隙。窄带隙近红外聚合物材料的设计需要综合考虑分子的能级、带隙、吸收系数、结晶性、分相行为、溶解度、成膜性以及与受体材料的匹配问题。此外,稳定性对于窄带隙材料也较为关键,需要仔细考量。受限于上述难题,近红外聚合物给体材料在光谱拓展和性能提升方面难以兼顾,近年来并无明显进步。本文通过优选结构单元,优化主链结构、对侧链修饰等多种方式来设计调整共轭聚合物材料的特性,使其满足近红外OPD的各项需求。主要内容及结论如下:(1)设计并合成了共轭给体聚合物PTQ4T-2F,选用PC60BM作为受体制备有机光电探测器进行测试及表征。聚合物PTQ4T-2F具有良好的热性能,最低未占据轨道(LUMO)能级为-3.83 e V,最高已占据轨道(HOMO)能级为-4.85 e V,吸收光谱范围超过1400 nm,光学带隙低于0.89 e V。受限于该聚合物较低的溶解度,器件的光电性能并未达到优异的水平。(2)基于聚合物PTQ4T-2F存在的溶解度问题,设计并合成了共轭给体聚合物PTQIDT,同样选用PC60BM作为受体制备有机光电探测器进行测试及表征。设计目的主要是改善溶解度以适应器件工艺优化,提升LUMO能级以实现更好的激子解离。测试结果表明,聚合物PTQIDT的热性能良好,溶解度得到较大改善,LUMO能级为-3.73 e V,HOMO能级为-4.93 e V,吸收光谱范围可以达到1200 nm,光学带隙为1.03 e V。制备的OPD在暗电流抑制、空穴迁移率和激子解离效率等方面都有较大的改善,光电性能也优于PTQ4T-2F体系。
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