[实用新型]柔性全波段光电器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及光电技术领域，具体的说是一种柔性全波段光电器件。

背景技术

目前，光电器件的关键材料主要采用无机半导体材料，例如硅、锗、III-V族半导体和II-VI族半导体材料(砷化镓、砷化镓铟、碲化镉、碲化镉汞)。无机半导体光电器件的探测波长由带隙宽度决定，例如硅材料的带隙宽度是1.12eV，对应的探测波长为小于1100nm。无机半导体光电器件的优点是可以通过调节半导体材料组成成分来调节器件的带隙宽度从而调节所探测光的波长范围(如HgCdTe材料)。为了直接探测光子能量较低的红外光，无机半导体光电材料的带隙宽度需要被调整到足够小(≤红外光的光子能量)，较小的带隙宽度使得无机半导体光电材料对温度很敏感，在常温下的暗电流较大，从而降低了信噪比。为了解决这一问题，无机半导体红外光电器件通常需要冷却装置，冷却装置也大大增加了无机半导体红外光电器件的成本。另外，无机光电器件的制造过程复杂，需要采用多种物理化学方法以及昂贵的设备，例如物理气相沉积、分子束外延生长等，因此具有较高的制造成本。由于无机材料本身的机械脆性，无机半导体光电器件不具有柔性，不适于下一代柔性器件和可穿戴器件的制造。与无机半导体材料相比，有机半导体材料具有成本低、易于加工、有柔性等优点。然而，有机半导体材料通常具有较大的带隙宽度，无法吸收光子能量较低的红外光。例如，3-己基取代聚噻吩(Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，P3HT)作为一种常用的有机半导体材料，被广泛应用于有机太阳能电池和光电器件中。P3HT的带隙宽度是1.9eV，对应的吸收波长是约为650nm，因此，P3HT无法吸收波长大于650nm的红光以及红外光。一种有效的方案是利用稀土掺杂材料作为光转换材料，将红外光转换为P3HT可以吸收的可见光，可见光随后被P3HT吸收产生光激子(即电子-空穴对)，在外加电场的作用下得到光电流。

实用新型内容

本实用新型提供了一种柔性全波段光电器件，通过层状光电材料的设计，把光电器件的探测波长扩展到红外区域，实现柔性光电器件对全波段光子的探测。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来具体实现：

柔性全波段光电器件，包括柔性基体、第一纳米颗粒光电材料层和第一有机半导体薄膜，所述第一纳米颗粒光电材料层覆盖在所述柔性基体上，所述第一有机半导体薄膜覆盖在所述第一纳米颗粒光电材料层上，并且所述有机半导体薄膜将所述第一纳米颗粒光电材料层固着在所述柔性基体上。

还包括第二纳米颗粒光电材料层和第二有机半导体薄膜，其中所述第二纳米颗粒光电材料层覆盖在所述第一有机半导体薄膜上，所述第二有机半导体薄膜覆盖在所述第二纳米颗粒光电材料层上。

所述第一纳米颗粒光电材料层为四氟化钇钠。

所述第二纳米颗粒光电材料层为四氟化钇钠。

所述柔性基体为片状结构。

所述第一纳米颗粒光电材料层均匀涂覆在所述柔性基体上。

所述第一纳米颗粒光电层中包含镱和铒。

本实用新型利用有机半导体材料作为柔性光电活性层，通过纳米颗粒光电材料层的设计，把光电器件的探测波长扩展到红外区域，实现柔性光电器件对全波段光子的探测。

本实用新型的全波段光电器件具有成本低、柔性高、和对红外光的响应率高等优点。在本实用新型中，稀土纳米颗粒作为光转换材料，可以把需要探测的红外光转换为可见光，进而被有机半导体活性薄膜吸收产生光激子(即电子-空穴对)，在外加电场的作用下产生光电流。由于稀土纳米颗粒均匀的分散在有机半导体膜中，因此，我们制备的光电器件具有良好的柔性，适于柔性可穿戴器件的制造。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是柔性全波段光电器件的一种结构示意图；

图2是柔性全波段光电器件的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型实施例提供的柔性全波段光电器件，包括柔性基体1、第一纳米颗粒光电材料层2和第一有机半导体薄膜3，所述第一纳米颗粒光电材料层2覆盖在所述柔性基体1上，所述第一有机半导体薄膜3覆盖在所述第一纳米颗粒光电材料层2上，并且所述有机半导体薄膜3将所述第一纳米颗粒光电材料层2固着在所述柔性基体1上。

如图2所示，还包括第二纳米颗粒光电材料层4和第二有机半导体薄膜5，其中所述第二纳米颗粒光电材料层覆盖在所述第一有机半导体薄膜上，所述第二有机半导体薄膜覆盖在所述第二纳米颗粒光电材料层上。