【摘 要】
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有机半导体光探测器具有制备工艺简单、材料选型广等优点使其在图像传感等领域成为人们研究的热点。然而,有机聚合物及大多数小分子化合物具有较宽的光谱吸收范围,难以实现对单色光尤其绿光的选择性吸收,限制了高性能全色有机可见光探测器的开发使用。本文合成了一系列外围及轴向不同取代基的亚酞菁衍生物,探索合成化合物分子结构与其性能间的关系,为高性能有机绿光探测化合物的分子设计合成提供相关理论依据。本文首先利用不同
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有机半导体光探测器具有制备工艺简单、材料选型广等优点使其在图像传感等领域成为人们研究的热点。然而,有机聚合物及大多数小分子化合物具有较宽的光谱吸收范围,难以实现对单色光尤其绿光的选择性吸收,限制了高性能全色有机可见光探测器的开发使用。本文合成了一系列外围及轴向不同取代基的亚酞菁衍生物,探索合成化合物分子结构与其性能间的关系,为高性能有机绿光探测化合物的分子设计合成提供相关理论依据。本文首先利用不同的邻苯二甲腈配体依次制备了外围无取代（SubPc 1-4）、外围苯氧基取代（SubPc 5-8）以及外围硝基取代（SubPc 9-12）的亚酞菁系列衍生物,并对其进行结构确证;然后测试合成化合物的光物理、电荷转移、电化学以及热稳定性质。光谱性质测试得出SubPc 1-12的紫外-可见最大吸收波长范围在560-600 nm之间,这表明合成的亚酞菁化合物均对绿光有较好的光吸收;电荷转移性质测试与计算得出SubPc 1、SubPc 5、SubPc 9的电荷转移能力最强,这表明合成化合物在吸收绿光后能实现电子和空穴的有效分离;电化学测试得出SubPc 1-12的HOMO能级值在-5.48～-5.31 e V之间,LUMO能级值在-3.28～-3.05 e V之间,表明合成的系列亚酞菁化合物均可作为有机半导体器件的电子给体材料;热稳定性测试得出化合物的Td值在200-286 oC之间,表明合成的亚酞菁化合物具有良好的稳定性。最后,将合成的系列亚酞菁化合物作为光活性层制备有机绿光探测器件。基于SubPc 1-4的器件中,性能最好的光探测器件外量子效率EQE达到31.91%,光响应度0.14 A/W,比探测率D*达到2.4×1012,响应时间为30 ms;基于SubPc5-8的器件中,性能最好的光探测器件外量子效率EQE达到87.10%,光响应度0.41 A/W,比探测率D*达到1.81×1013,响应时间为33 ms;基于SubPc 9-12的器件中,性能最好的光探测器件外量子效率EQE达到78.89%,光响应度0.36A/W,比探测率D*达到1.61×1013,响应时间为29 ms,这表明合成的亚酞菁化合物表现出较好地绿光探测性能,在图像传感等领域具有潜在的应用前景。
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