[发明专利]一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜及其制备方法与应用。制备方法为：配制含有电子给体和电子受体混合溶液，然后用槽模打印头在正交溶剂液面进行导流，注入混合溶液，形成规则带状薄膜。在溶剂挥发过程中两种高分子通过自组装形成有序排列结构薄膜，漂浮于正交溶剂液体表面。薄膜中两种高分子呈现有序排列，具有光学各向异性，并且两者之间的电荷转移效应使其具有优异的光伏特性；使用该薄膜制备的太阳能电池器件和光探测器，可实现偏振光角度敏感响应，实现偏振光敏感探测，在天文，医学，工业，军事和民用等多领域都有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于偏振光探测器技术领域，具体涉及一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

偏振态是电磁波的一个重要特征，根据偏振态的不同，电磁波分为线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光等。光束与物质相互作用之后被反射、透射和散射，其偏振态会发生改变，并携带几何外形、材料结构和相对距离等多重信息，因此，对于偏振光的探测和利用是一项极其重要的应用研究，在天文，医学，工业，军事和民用等多领域都有无法比拟的应用优势。与探测光的强度和波长分析不同，偏振光电探测器是获取光束中的偏振信息、测量偏振光斯托克斯系列参量不可缺少的关键部件。传统广泛应用的偏振光敏感光电探测器是通过光电探测器附加偏振光学元件而组成的器件。所依赖的光学元件分为机械式偏光镜、电控的液晶滤镜和微型化偏振片等等，非常不利于器件向轻小型、集成化、模块化、宽谱响应和低成本等方面发展，而且外加的光学部件本身会影响光信号的偏振态以及带来额外的信号强度损耗，不利于实现高灵敏度偏振光探测成像系统的开发。

基于共轭高分子材料的光电探测器具有轻薄、加工简易、适用不同衬底、响应光谱可通过分子设计灵活调控等多种优点，近年来得到了广泛研究和关注。由于单个共轭高分子对光吸收具有偏光选择性，其光学跃迁偶极矩沿着高分子链长方向，即单个共轭高分子对偏振方向平行于高分子链的光吸收系数最大。可见，如果薄膜中高分子的主链具有统一方向，薄膜就会具有各向异性光学性质。然而，由旋涂等溶液加工方法获得的薄膜中高分子的主链方向是无规的，薄膜呈现各向同性光学性质，所制成的光电探测器无法对偏振光进行分辨。另外，只包含一种给体高分子或者一种受体高分子的有机光电探测器的激子分离效率很低，性能不好。基于两种或两种以上的给体/受体高分子共同构成的异质结可实现高效的光电探测器件。所以制备光学各向异性的共轭高分子异质结薄膜是实现偏振光探测器的有效方法。目前，通过摩檫力诱导策略调控高分子异质结取向的方法所制备的薄膜中分子有序性不高，基于该类薄膜的器件无法获得较大的偏振光方向的分辨度；另外加工所用到的机械力等容易造成薄膜额外缺陷和破损，从而影响器件的性能。另外一种实现的策略是对共轭高分子异质结进行从下而上的自组装，即是诱导溶液中的给体和受体高分子自发进行有序排列，随着溶液干燥的过程形成各向异性的固态薄膜，并应用该薄膜制备有机偏光探测器领域。但是因为高分子之间以及高分子和环境之间存在多种类的弱相互作用力，并且不同作用力之间存在复杂的竞争关系，因此依赖该种复杂分子作用力同时进行两种高分子自组装难度极大。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜的制备方法。本发明同时对两种光电功能共轭高分子进行有序化自组装，形成具有偏振光选择性吸收的半导体薄膜，且吸收产生的激子可以漂移扩散到给体/受体界面，高效解离成自由的电子和空穴，使基于该薄膜的有机偏振光电探测器实现了偏振光角度敏感探测。探测器偏光角度响应功能取决于共混高分子的有效自组装排列程度和高分子之间强烈的电荷转移，把偏光选择性吸收产生的激子在给体/受体界面转换为自由电荷载流子。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜。

本发明的再一目的在于提供上述一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜在偏振光光电探测器中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具光学各向异性的共轭高分子体异质结薄膜的制备方法，包括以下步骤：