具有光电倍增的宽光谱三相体异质结有机彩色探测器

实验研究了P3HT：PBDT-TT-F：PCBM三相体异质结活性层光谱拓宽及其材料混合度对探测器光电特性的影响以及陷阱辅助光电倍增的机理.在此基础上,获得了一个覆盖350–750 nm波长范围的彩色探测器.该探测器在-1 V低偏压下红绿蓝三基色的光响应度和外量子效率分别达到了470,381,450 mA/W和93%,89%,121%,比探测率均接近10¹² Jones,且各基色的特性参数最大平均相对偏差均小于20%,同时频率带宽分别达到了5,8,8 kHz.结果表明：在保持二相体异质结薄膜原有微观形貌下,掺入少量光谱拓宽材料可实现活性层吸收光谱的拓宽.利用能级陷阱中电子的辅助作用引入外电路空穴注入,可实现探测器光电倍增.通过调节三相材料的混合度可实现基色间探测能力的均衡性.     

基于P3HT∶PC61BM∶ITIC双受体三元有机光电探测器特性研究

为实现有机光电探测器对三基色(红、绿、蓝)的全响应以及器件性能的改善,研究了在P3HT∶PCBM活性层中,掺入非富勒烯受体ITIC实现光谱拓宽以及通过改善迁移率的平衡性和活性层表面形态,进而改善探测器性能的方法,着重研究了ITIC受体含量对探测器光电学性能的影响。在此基础上,获得了一个覆盖400～800 nm波长范围的三基色探测器,并且在低偏压-1.5 V下三基色(波长为630、530和460 nm)的外量子效率EQE和比探测率D*分别达到了56%、68%、52%和1.17×10¹² Jones、1.4×10¹² Jones、1.2×10¹² Jones。结果表明：在P3HT:PC61BM中混入适量的ITIC,不仅可将光谱拓宽到400～800 nm,改善器件的光学特性,而且还可以提高激子解离率和载流子收集率,降低混合薄膜中的双分子复合,使器件电学特性得到了明显改善。本文研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路。     

基于苯并二噻吩聚合物所制备的三元光电探测器的特性

本文采用P3HT:PTB7:PC61BM为活性层,制备了覆盖可见光范围的三元体异质结有机光电探测器(organic photodetectors,OPDs).利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱等手段研究了PTB7添加到P3HT:PC61BM体系中对OPDs光学和电学性质的影响,发现当P3HT:PTB7:PC6...     

窄带有机光电探测器的优化设计

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应,提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法,详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明,Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时,可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应,并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC~(71)BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发,结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。     

高响应度倍增型碳纳米管-有机红光探测器

采用溶液旋涂方法将单壁碳纳米管与有机红光材料结合并制作出红光探测器,研究了单壁碳纳米管对PBDTTT-F∶PCBM本体异质结活性层薄膜的影响机理及其红光探测器的光电特性.利用原子力显微镜,荧光光谱和紫外-可见吸收光谱等方法对器件进行性能表征及优化.当单壁碳纳米管为最优掺入比1.5wt%时,在-1V偏置电压时,红光光照下该探测器响应度为535mA/W,比探测率达到3.8×1012 Jones,外量子效率达到104%.结果表明,将单壁碳纳米管与有机红光材料结合,有利于提高有机共轭聚合物的聚集以及结晶度,增强光吸收,可为活性层提供高迁移率的电荷传导通道,优化薄膜互穿网络形貌.同时,利用碳纳米管的多激子产生效应,使得有机光电探测器的光电性能大大改善,外量子效率超过100%,为无机-有机光电探测器的进一步开发提供参考.     

高性能宽带倍增型四元有机光电探测器

采用溶液法制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/活性层/Al的四元倍增型有机光电探测器,器件本体异质结活性层由P3HT∶PTB7-Th∶IEICO∶PC_(71)BM以90∶10∶0.5∶0.5的质量比共混组成。随着偏压增加,器件外量子效率(External quantum efficiency, EQE)远超100%,并展现300～850 nm的宽光谱响应。在330 nm与780 nm处,器件可获得的最高EQEs和响应度分别为773000%和2 057 A·W~(-1)以及311000%和1 956 A·W~(-1),为有机光电探测器在紫外和近红外光区可获得的最高EQE和响应度之一。-25 V偏压下,与结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶IEICO(90∶10∶1)/Al的三元器件相比,四元器件的平均EQE(388167%)、响应度(1 604 A·W~(-1))以及探测灵敏度(3.6×10~(13) Jones)分别提高了0.5倍、0.5倍和0.4倍,有效提升了器件对弱光的探测能力。上述结果提供了一种制备多元宽带倍增型有机光电探测器的有效策略,用以提高器件弱光探测能力,特别是提升了器件对紫外和近红外光的响应与探测能力。     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr3/Si异质结高性能光电探测器

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要.利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案.本文采用脉冲激光沉积方法,在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr₃钙钛矿薄膜.霍尔效应及电学测试结果表明,基于CsSnBr₃/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征,在光照下具有显著的光响应行为,并具有可自驱动、高开关比(10⁴)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能.本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.     

二维材料光电探测器的研究初探

以二维材料的光电探测器为主要研究对象,介绍光电探测器的工作原理,并对多种二维材料光电探测器进行分析,提出增大光吸收率,改良二维材料的制备等改善光电探测器性能的方法.     

电压调控型有机光电倍增探测器

采用改变有机探测器活性层中给受体比例的方法,实现器件工作电压的可调性.研究PBDT-TT-F∶PC_(61)BM∶C_(60)光电倍增型器件中不同PC_(61)BM浓度对空穴隧穿注入电压的影响.在接近600%的外量子效率下,通过调控PC_(61)BM的浓度,既可以获得-3 V较低工作电压器件,也可以获得-6 V较高工作电压器件.结果表明,通过调节活性层中PC_(61)BM的浓度,可以改变激子解离率和空穴传输能力,引起阳极对空穴注入电流收集率的变化,最终达到调控工作电压要求.本文为实现工艺简单、低工作电压且可调的倍增型有机光电探测器提供了参考.     

Ag纳米线增强硒微米管/聚噻吩自驱动光电探测器性能EI北大核心CSCD

自驱动光电探测器能够满足现代光电器件对节能和轻质的需求,但复杂的工艺和较高的成本限制了其进一步发展。本文采用旋涂法将硒微米管(Se-MT)和聚噻吩(PEDOT)制备成Se-MT/PEDOT异质结,其器件在350~700 nm波长下具有良好的光响应,无偏置电压下的响应度为8 mA/W(500 nm)。为了提高器件的光响应度,利用银纳米线(Ag-NW)修饰异质结制备Se-MT/PEDOT/Ag-NW,增强异质结在紫外-可见光区的光吸收并提高器件的光电性能。与Se-MT/PEDOT器件对比,Se-MT/PEDOT/Ag-NW器件在350~700 nm波长下的光电流数值整体上升,特别是在0 V偏压500 nm光照下,器件的响应度提升至65 mA/W(增强800%),开关比增强400%达到552,上升和下降时间明显下降至15 ms和28 ms。这一结果表明Ag-NW改性有机/无机异质结的方法可以应用于高性能光电探测器的制备。     

基于PTCDA的有机/无机光敏二极管结构优化

以p型硅和苝四甲酸二酐 （perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride,PTCDA）为异质结,梳状金（Au）薄膜作为顶电极和光入射窗口制备了光敏二极管。研究表明,PTCDA的厚度和Au电极的厚度对光敏二极管的光响应度有很大的影响。对比不同PTCDA厚度的器件性能,在PTCDA厚度为100 nm时,光响应度最高达到0.3 A/W。进而采用最优化的100 nm厚的PTCDA薄膜制备硅基光敏二极管,对比不同Au电极厚度的器件性能。在Au厚度为20 nm时,器件的光响应度达到最优化的0.5 A/W。     

基于PTCDA的有机/无机光敏二极管结构优化

以p型硅和苝四甲酸二酐(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride,PTCDA)为异质结,梳状金(Au)薄膜作为顶电极和光入射窗口制备了光敏二极管。研究表明,PTCDA的厚度和Au电极的厚度对光敏二极管的光响应度有很大的影响。对比不同PTCDA厚度的器件性能,在PTCDA厚度为100 nm时,光响应度最高达到0.3 A/W。进而采用最优化的100 nm厚的PTCDA薄膜制备硅基光敏二极管,对比不同Au电极厚度的器件性能。在Au厚度为20 nm时,器件的光响应度达到最优化的0.5 A/W。     

基于小分子半导体IEICO的高性能倍增型有机光电探测器

采用溶液法制备了结构为ITO/ZnO/P3HT:IEICO/Al和ITO/PEDOT:PSS/P3HT:IEICO/Al的倍增型有机光电探测器,活性层中电子给体(P3HT)和电子受体(IEICO)的质量比为100:1.以氧化锌(ZnO)为界面层的器件在正向与反向偏压下都能良好工作,而以PEDOT:PSS为界面层的器件只...     

新型NiO-Bi2Te3异质结光电探测器的制备与光响应性能研究

采用旋涂法制备氧化镍(NiO)薄膜,用化学气相沉积法在其表面生长碲化铋(Bi2Te3),形成NiO/Bi2Te3异质结,采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜、能量色散光谱以及光致发光光谱来表征异质结材料.研究了N i2+浓度对光电探测器的光谱响应和光功率响应的影响.结果表明N i2+浓度为0.5 mol/L时器件表现出最...     

基于碳纳米薄膜/砷化镓范德华异质结的高性能自驱动光电探测器研究

基于碳纳米材料/体半导体范德华(vdW)异质结的光电器件可以同时实现碳纳米材料的超高载流子迁移率以及体半导体的优异光电性能,且具有结构简单、工艺简便、易于调控界面等优点.尤其是通过调控单壁碳纳米管(SWCNT)的直径/手性、费米能级等可以与体半导体形成能带匹配、具有原子级界面的新型混合维度vdW异质结.本文报道了一种基...