基于雙給體三元體異質結的高性能倍增型有機光電探測器

李堯，王奮強，王愛玲，藍俊，劉虎，劉良朋，張鵬杰，吳回州，牛瑞霞，張栩瑩

（蘭州交通大學 電子與信息工程學院， 蘭州 730070）

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作為光電轉換器件，有機光電探測器（Organic Photodetectors，OPDs）具有材料可選范圍廣泛、制備工藝較為簡單、生產成本低、質量較輕、柔性、響應光譜范圍可調等優點，廣泛應用于光通信［1-2］、醫學檢測［3-4］、圖像傳感器［5-6］等高科技領域。依據工作原理，OPDs 可分為二極管型和光電倍增型。二極管型有機光電探測器（Photodiode-type Organic Photodetectors，PD-OPDs）需要前置運算放大電路放大光電流信號，且引入新的噪聲［7］。光電倍增型有機光電探測器（Photomultiplication-type Organic Photodetectors，PM-OPDs）通過兩種方法實現光電倍增：1）在活性層中引入陷阱，如量子點、小比例給體或受體材料；2）引入電子/空穴阻擋層或界面層。

ZHANG Fujun 課題組提出主流的P3HT：PC71BM 體系，以ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PC71BM/LiF/Al為結構，控制給體（P3HT）、受體（PC71BM）摻雜質量比為100∶1，在本體異質結中阻斷電子傳輸通道，實現單載流子（空穴）傳輸的PM-OPDs［8］。在外置偏壓為-20 V 時，外量子效率（External Quantum Efficiency，EQE）高達16 700%。然而，P3HT 和富勒烯衍生物（PC71BM）的光學吸收主要在紫外-可見光范圍，對近紅外光的吸收較弱。因此，采用三元活性層的策略，采用吸收光譜互補的窄帶隙給體或非富勒烯受體可有效拓展光譜響應范圍，提升器件對近紅外光的響應能力。WANG Wenbin 等將PTB7-Th 引入P3HT∶PC71BM體系，基于ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶PC71BM（50∶50∶1，wt/wt/wt）/Al 結構制備了三元器件［9］，光譜響應范圍涵蓋300～860 nm，-50 V 偏壓下的EOE 達到近2 000%，但大于800 nm 的區域EQE 較小，且比探測率（Specific Detectivity，D*）整體上低于1012Jones，存在近紅外區的EQE 和D*較低的問題。MIAO Jianli 等基于ITO/PFN-OX/P3HT∶PTB7-Th∶PC61BM（40∶60∶1，wt/wt/wt）/Al 結構，在雙向偏壓下實現可調光譜響應，光譜響應范圍為350～800 nm［10］，但50 V 偏壓下的EQE 不超過600%，D*低于1012Jones，整個光譜響應范圍內的EQE 和D*均偏低。……