结型有机光电探测器的研究进展
发布时间：2022-01-17 19:28
基于光生伏特原理的结型有机光电探测器（OPDs）被广泛研究。首先介绍了结型OPDs的三种主要结构及其原理,包含了平面异质结、体异质结和平面-体复合异质结,并介绍了结型OPDs的基本性能参数。基于构成异质结的半导体材料进行分类,分别综述了基于双有机小分子、聚合物-有机小分子、双聚合物等类型的异质结型OPDs在近年来的研究进展。此外,介绍了在对具有平直结构的结型OPDs的性能改善方面所采取的一些典型方法,并对结型OPDs的未来发展方向进行了展望。
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(13)北大核心CSCD
【文章页数】：25 页
【部分图文】：
三种典型异质结OPDs器件的结构示意图与反向偏压下电极注入电荷的能带示意图。（a)PHJ;(b)BHJ;(c)P-BMHJ;(d）含有空穴传输层的体异质结器件在反偏电压下的能带示意图，该空穴传输层可阻挡电子从器件的阳极注入
2006年，Morimune等[24]制备了ITO/CuPc/BPPC/Au垂直结构器件，该器件在-3 V偏压、650nm光照下的响应时间为83ns，如图3(d）所示。后来该团队又利用这两种材料制备了P-BMHJ OPD[25]，将响应时间缩短至60ns。鉴于近红外OPDs在工商业、军事和科研领域，特别是在夜视、层析成像等方面的巨大应用潜力，Wang等[26]于2011年利用高电子迁移率的F16CuPc作为电子受体制备P-BMHJ OPD，器件在808nm近红外光下的响应时间仅为80ns,EQE在-9V偏压下达到9.22%，探测率为4.6×1010 Jones(1 Jones=1cm·Hz1/2·W-1）。综合可见，以CuPc为给体材料的双小分子异质结OPDs具有优于百纳秒级别的超快响应速度，探测器响应波段一般在可见光到近红外波段内。4.1.2 m-MTDATA给体
结型OPDs通常在反偏电压下工作，虽然可以利用外加电场来加速电荷收集以获得快速的响应和更高的效率，但这样会从电极处注入漏电流，增大器件的暗电流，从而对器件性能产生不利影响[16]。漏电流在很大程度上取决于金属-半导体的界面能级，为了防止反偏电压下金属电极注入电荷，必须尽可能地提高金属功函数和有机半导体中载流子传输能级之间的势垒。BHJs中给体和受体分子分布在器件的整个活性层内，二者都非常接近电极，因此电极电荷注入的有效势垒很小，漏电流高，如图2(b）所示。因此人们常用电子阻挡层（EBL）和空穴阻挡层（HBL）来阻止反偏电压下电荷的注入，也可以阻止产生的激子扩散到电极上，从而有效地提高器件的性能。阻挡层的HOMO和LUMO能级会在电极界面形成特定类型载流子注入势垒，但不妨碍电极提取相反类型的光生载流子[17]，如图2(d）所示。在平面异质结中的情况恰恰相反，每个金属电极只与一种有机材料接触，漏电流低，如图2(a）所示。然而PHJs中激子的扩散长度短，限制了激子的高效解离。为了保持高效率，同时使漏电流保持在较低的水平，可通过在器件内保持一个体异质结分布而在靠近阳极（阴极）的地方诱导给体（受体）富集，形成P-BMHJs来实现，如图2(c）所示。研究表明诱导D和A部分的垂直相分离[18]或沉积一个三层结构[19]，器件泄漏电流均可有效降低（Ileak<1nA/cm2），并且保持较高的效率。图2 三种典型异质结OPDs器件的结构示意图与反向偏压下电极注入电荷的能带示意图。（a)PHJ;(b)BHJ;(c)P-BMHJ;(d）含有空穴传输层的体异质结器件在反偏电压下的能带示意图，该空穴传输层可阻挡电子从器件的阳极注入
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机紫外光电探测器材料研究进展[J]. 尚慧明,戴明金,高峰,杨慧慧,陈洪宇,胡平安,贾德昌,周玉. 中国材料进展. 2019(09)
[2]具有变革性特征的红外光电探测器[J]. 胡伟达,李庆,陈效双,陆卫. 物理学报. 2019(12)
[3]InP基近红外单光子雪崩光电探测器阵列[J]. 刘凯宝,杨晓红,何婷婷,王晖. 激光与光电子学进展. 2019(22)
[4]新型传感材料与器件研究进展[J]. 屠海令,赵鸿滨,魏峰,张青竹,樊彦艳,杜军. 稀有金属. 2019(01)
[5]二维层状钙钛矿材料及其应用研究进展[J]. 韩娜,冀婷,崔艳霞,李国辉,张恒康,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2019(07)
[6]钙钛矿光电探测器的研究进展[J]. 刘艳珍,李国辉,崔艳霞,冀婷,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2019(01)
[7]有机光电倍增探测器研究进展[J]. 高秀云,张叶,崔艳霞,刘艳珍,李国辉,石林林,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[8]有机半导体器件的现状及发展趋势[J]. 陈海明,靳宝善. 微纳电子技术. 2010(08)
[9]有机半导体材料与器件研究领域的若干科学问题[J]. 王立铎. 大学化学. 2007(01)
[10]酞菁铜的性能和应用研究进展[J]. 何智兵,黄勇刚,张溪文,赵高凌,杜丕一,韩高荣. 材料导报. 2000(10)
本文编号：3595305
【文章来源】：激光与光电子学进展. 2020,57(13)北大核心CSCD
【文章页数】：25 页
【部分图文】：
三种典型异质结OPDs器件的结构示意图与反向偏压下电极注入电荷的能带示意图。（a)PHJ;(b)BHJ;(c)P-BMHJ;(d）含有空穴传输层的体异质结器件在反偏电压下的能带示意图，该空穴传输层可阻挡电子从器件的阳极注入
2006年，Morimune等[24]制备了ITO/CuPc/BPPC/Au垂直结构器件，该器件在-3 V偏压、650nm光照下的响应时间为83ns，如图3(d）所示。后来该团队又利用这两种材料制备了P-BMHJ OPD[25]，将响应时间缩短至60ns。鉴于近红外OPDs在工商业、军事和科研领域，特别是在夜视、层析成像等方面的巨大应用潜力，Wang等[26]于2011年利用高电子迁移率的F16CuPc作为电子受体制备P-BMHJ OPD，器件在808nm近红外光下的响应时间仅为80ns,EQE在-9V偏压下达到9.22%，探测率为4.6×1010 Jones(1 Jones=1cm·Hz1/2·W-1）。综合可见，以CuPc为给体材料的双小分子异质结OPDs具有优于百纳秒级别的超快响应速度，探测器响应波段一般在可见光到近红外波段内。4.1.2 m-MTDATA给体
结型OPDs通常在反偏电压下工作，虽然可以利用外加电场来加速电荷收集以获得快速的响应和更高的效率，但这样会从电极处注入漏电流，增大器件的暗电流，从而对器件性能产生不利影响[16]。漏电流在很大程度上取决于金属-半导体的界面能级，为了防止反偏电压下金属电极注入电荷，必须尽可能地提高金属功函数和有机半导体中载流子传输能级之间的势垒。BHJs中给体和受体分子分布在器件的整个活性层内，二者都非常接近电极，因此电极电荷注入的有效势垒很小，漏电流高，如图2(b）所示。因此人们常用电子阻挡层（EBL）和空穴阻挡层（HBL）来阻止反偏电压下电荷的注入，也可以阻止产生的激子扩散到电极上，从而有效地提高器件的性能。阻挡层的HOMO和LUMO能级会在电极界面形成特定类型载流子注入势垒，但不妨碍电极提取相反类型的光生载流子[17]，如图2(d）所示。在平面异质结中的情况恰恰相反，每个金属电极只与一种有机材料接触，漏电流低，如图2(a）所示。然而PHJs中激子的扩散长度短，限制了激子的高效解离。为了保持高效率，同时使漏电流保持在较低的水平，可通过在器件内保持一个体异质结分布而在靠近阳极（阴极）的地方诱导给体（受体）富集，形成P-BMHJs来实现，如图2(c）所示。研究表明诱导D和A部分的垂直相分离[18]或沉积一个三层结构[19]，器件泄漏电流均可有效降低（Ileak<1nA/cm2），并且保持较高的效率。图2 三种典型异质结OPDs器件的结构示意图与反向偏压下电极注入电荷的能带示意图。（a)PHJ;(b)BHJ;(c)P-BMHJ;(d）含有空穴传输层的体异质结器件在反偏电压下的能带示意图，该空穴传输层可阻挡电子从器件的阳极注入
【参考文献】：
期刊论文
[1]无机紫外光电探测器材料研究进展[J]. 尚慧明,戴明金,高峰,杨慧慧,陈洪宇,胡平安,贾德昌,周玉. 中国材料进展. 2019(09)
[2]具有变革性特征的红外光电探测器[J]. 胡伟达,李庆,陈效双,陆卫. 物理学报. 2019(12)
[3]InP基近红外单光子雪崩光电探测器阵列[J]. 刘凯宝,杨晓红,何婷婷,王晖. 激光与光电子学进展. 2019(22)
[4]新型传感材料与器件研究进展[J]. 屠海令,赵鸿滨,魏峰,张青竹,樊彦艳,杜军. 稀有金属. 2019(01)
[5]二维层状钙钛矿材料及其应用研究进展[J]. 韩娜,冀婷,崔艳霞,李国辉,张恒康,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2019(07)
[6]钙钛矿光电探测器的研究进展[J]. 刘艳珍,李国辉,崔艳霞,冀婷,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2019(01)
[7]有机光电倍增探测器研究进展[J]. 高秀云,张叶,崔艳霞,刘艳珍,李国辉,石林林,郝玉英. 激光与光电子学进展. 2018(07)
[8]有机半导体器件的现状及发展趋势[J]. 陈海明,靳宝善. 微纳电子技术. 2010(08)
[9]有机半导体材料与器件研究领域的若干科学问题[J]. 王立铎. 大学化学. 2007(01)
[10]酞菁铜的性能和应用研究进展[J]. 何智兵,黄勇刚,张溪文,赵高凌,杜丕一,韩高荣. 材料导报. 2000(10)
本文编号：3595305
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