電子過濾層對聚合物光電探測器性能影響的研究

《電子過濾層對聚合物光電探測器性能影響的研究》是依託華中師範大學，由薛欽擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電子過濾層對聚合物光電探測器性能影響的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：薛欽
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

有機半導體特有的光電特性使其在光信號探測方面表現出巨大的發展潛力和套用前景。與目前商用的無機光電探測器相比，有機光電探測器的綜合性能還有待進一步提高，器件內部的微觀物理機制仍未得到系統的研究。本項目以提高有機光電探測器的綜合性能為目標，設計一種新的含有雙組分摻雜的電子過濾層，通過研究電子過濾層對激子解離、擴散、電荷收集等器件內部物理機制的影響，並研究有機溶劑及其添加劑對有源層成膜特性的影響機理，實現對激子產生和解離、激子擴散和複合、激子-極化子淬滅、載流子輸運和收集等微觀過程的調控，進而降低有機光電探測器的暗電流，提高內、外量子效率、光譜回響度以及探測率，最終研製出綜合性能顯著提升的有機光電探測器。

結題摘要

有機光電探測器因回響速度快、光譜回響範圍廣、容易調製光譜範圍、質量輕、柔性、可大面積生成等新穎特性，在圖像感測、光通信、實時遠程控制、生物醫療、國防戰備等領域有著廣泛的套用前景。藉由本青年基金的實施，我們從實驗和理論上對有機光電探測器中的激子行為、電荷輸運和提取等微觀機制進行一系列的探索，結合器件的最佳化和巨觀參數的測試結果，了解了新型電子過濾層在有機光電探測器中的影響機制，改善了其光電性能。 具體地，對照項目的研究內容，我們取得了如下結果： 1. 通過採用雙組分的電子過濾層結構，發現螢光淬滅更為有效，表明激子解離成電荷並被電極提取的速率更快。 2. 通過比較不同溶劑對有源層製備後的形貌研究，我們發現採用高沸點的溶劑得到的薄膜缺陷較多，而低沸點的溶劑製備的薄膜缺陷雖少，但因揮發速度快，容易導致不同批次的器件結果差異較大；添加劑的實用與不同沸點的溶劑的搭配對器件性能的作用效果有較大的差別，即添加劑對溶劑有較大的選擇性。 3. 通過引入具有電子摻雜作用的雙組分電子過濾層結構，我們發現光照下的電流-電壓曲線的S-kink現象明顯得到改善，外量子效率和穩定性得到明顯的改善，這不僅取決於該雙組分電子過濾層對電子的有效濾過，也得益於其對激子的阻擋作用，使其在有源層內有效地解離為自由載流子，而不是被電極所淬滅；同時由於漏電流的減少，器件的開關電流比也得到了改善。 4. 最後，我們通過採用等效電路擬合和引入陷阱態模型，合理地解釋了有機光電探測器中常見的S-kink產生的緣由，為器件的最佳化提供了重要的理論指導。 綜上，通過選用雙組分電子過濾層結構，我們有效地改善了有機光電探測器的探測率、光譜回響度以及外量子效率和穩定性，另外，在反向電壓的驅動下，我們還發現了有機光電探測器的增益行為；摸清了器件製備過程中溶劑、添加劑、退火等工藝對器件性能影響的一些規律。