[发明专利]一种柔性有机光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，具体涉及一种柔性有机光电探测器及其制备方法。

背景技术

有机光电探测器，包括小分子及聚合物材料，得到了广泛的研究，并应用于图像传感、 化学生物传感、光通信和环境监测等方面。传统的光电探测器主要是无机材料，如硅、砷化 镓等。然而，有机材料具有低成本、可溶液加工、柔性、结构多样性等特点，是无机材料不 可比拟的。随着化学工业的快速发展，各种新型有机半导体材料被设计出来，展示了良好的 光电性质，并被广泛应用于近红外发光二极管、场效应晶体管、双光子吸收、太阳能电池等 领域。

过去几十年，如呋喃-噻吩醌式分子(Adv.Mater,2016,28,5949)、噻吩酰亚胺聚合物(Adv. Funct.Mater.2016,27,1604286)、含有吡啶[3,4-b]吡嗪的系列聚合物(J.Am.Chem.Soc.2008, 130,732)、2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(Org.Electron.2016,36,73；Nat.Commu. 2014,5,3005)已成功应用于太阳能电池和光电器件研究。但是至今，这系列的聚合物仍未具 备产业应用前景，因为它们的器件往往不能同时具备大面积制备工艺、良好的空气稳定性， 以及好的柔性。因此，通过选择合适的材料，是匹配大面积制备工艺、提高器件使用寿命、 获得柔性器件和推进有机光电探测器实用化的关键，也成为了发展有机光电探测器实际应用 的关键技术。

四氟化苯并喹喔啉基聚合物，是一类具有吸光特性好、可溶液加工、成膜性好的优秀有 机半导体材料，在有机太阳电池器件中展现出优异的性能(Chem.Commun.,2016,52,6881)， 并且具有优秀的空气稳定性和柔性。本发明结合四氟化苯并喹喔啉基聚合物与富勒烯衍生物 的各自优势，利用四氟化苯并喹喔啉基聚合物的吸收特性，产生电子-空穴对，光生电子优先 进入富勒烯衍生物的电子传输层，减小电子-空穴的复合率，同时通过大面积的印刷工艺，制 备出一种高性能的有机光电探测器。

发明内容

本发明所要解决的问题，是克服背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种光电探测性能 优秀、空气中性能稳定的柔性有机光电探测器，还相应提供了一种工艺过程简单、成本低的 上述柔性有机光电探测器的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种柔性有机光电探测器，由柔性基底、有机活性层和电极组成；所述有机活性层位于 柔性基底之上；所述电极位于有机活性层之上。

所述柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺或纸。

所述的有机活性层为聚合物半导体材料与富勒烯衍生物形成的两组份体相异质结薄膜， 厚度为50纳米到500纳米之间。其中，聚合物半导体材料为给体-受体(D-A)型的四氟化苯 并喹喔啉基聚合物PffQx-BDTT，分子结构式如下；富勒烯衍生物为PC₆₁BM或PC₇₁BM或 ICBA。

本发明以四氟化苯并喹喔啉基聚合物与富勒烯衍生物的共混材料作为活性层，形成了有 机体相异质结薄膜。四氟化苯并喹喔啉基聚合物具有合适的能带结构和强的光吸收性能，能 够吸收全部紫外-可见光，满足了紫外-可见光区域的全波段光电探测需求。但是，单纯的四 氟化苯并喹喔啉基聚合物，不能作为活性层直接使用。这是由于四氟化苯并喹喔啉基聚合物 材料是典型的空穴传输材料，其产生的光生电子不能在材料体内有效传输，从而造成光生电 子-空穴对的复合率比较高。本发明通过将四氟化苯并喹喔啉基聚合物与富勒烯衍生物共混， 形成了有机体相异质结薄膜。富勒烯衍生物是一种电子传输材料，其具有优异的电子迁移率。 此外，四氟化苯并喹喔啉基聚合物与富勒烯衍生物的界面能级匹配性好。富勒烯衍生物能够 有效抽取四氟化苯并喹喔啉基聚合物的光生电子，减小光生电子-空穴对的复合率。光生电子 优先注入到富勒烯衍有机材料，然后经过有机材料的传输，注入到电极，从而实现光生电子- 空穴对快速分离，从而提升其光电探测性能。经过我们的反复研究，四氟化苯并喹喔啉基聚 合物与富勒烯衍生物的体相异质结，可以很好地实现光生电子空穴对的快速分离，减小电子 空穴对的复合，从而提高光电探测器的性能。而且，四氟化苯并喹喔啉基聚合物与富勒烯衍 生物均具有优秀的空气稳定性、可溶液加工以及有机材料固有的柔性，为本发明中制备稳定、 柔性、大面积光电探测器件提供了基础。