窄波谱响应的有机光敏二极管及其应用

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有机光敏材料相对于无机光敏材料,具有材料多样、能隙易于调节的优点,十分适合发展具有窄波谱响应的光敏二极管。随着信息化社会的发展,窄波谱响应有机光敏二极管(OPD)因为有着形状易于定制、工艺简洁、器件轻便、辨色力高等优势,相比无机器件能更好地适应目前以及未来的应用需求。本论文研究主要是开发窄波谱响应OPD,并提高器件光性能与稳定性。论文首先以异质结OPD为基础,研究了提高器件性能、降低暗电流的方法,又提出采用窄波谱吸收的材料和单层器件结构以克服传统异质结结构的器件由于引入多种材料造成的吸收带展宽的问题,开发出了方酸菁窄波谱材料和器件,最后不仅利用窄波谱响应器件实现了多通道可见光通信应用,还设计了高低压多路信号叠加装置。论文主要工作如下:(1)利用高迁移率的蓝绿光吸收材料红荧烯和C60制备得到响应波谱在380-560 nm的蓝绿光响应器件。通过在红荧烯层掺杂低费米能级的MoO3材料,增大了电极对红荧烯的电子注入势垒,在不影响光电流情况下有效地降低了器件暗电流。经过优化后的器件在-1 V时,最高EQE达到54%,比探测率最高达到2.5×1012Jones,其截止频率可达到1 MHz。(2)基于红光吸收的方酸菁材料1,3-二[三甲基1-H苯并吡咯]方酸菁(ISQ1),制备了单层器件结构的窄波谱响应器件。通过光场分布模拟,实现对器件的结构优化提升器件的窄波谱响应性能。最终得到半峰宽仅80 nm的红光响应器件,这是目前报道的半峰宽最窄的窄波谱响应器件之一,同时器件有着非常优秀的稳定性。此外通过对ISQ1的基团取代合成了另一种方酸菁材料,即1,3-二[(3,3-二甲基吡咯)]方酸菁(PSQ)。采用单层器件结构,成功获得响应峰值位于600 nm,半峰宽仅为110 nm的窄波谱响应有机光敏二极管,-2.5 V时,比探测率最高达7.7×1012Jones。这进一步证明了窄波谱吸收材料与单层结构对于设计开发窄波谱有机光敏二极管的有效性。(3)利用研制的红荧烯-OPD和ISQ1-OPD两个窄波谱响应器件EQE响应光谱的正交性,设计开发了基于OLED和OPD的全有机双通道可见光通信系统,实现了多人同时进行数据传输的要求。其次我们利用ISQ1器件优秀的线性响应范围和抗干扰能力设计得到了可以用在高低电势差高达100V的多路信号叠加装置。
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