摘要
近年来，有机光电探测器（OrganicPhotodetectorsOPDs）由于广泛的频谱覆盖范围、低噪声、高检测能力等优点而备受关注，在卫星、医疗、工业、农业、军事和民用等各个领域都广泛应用。然而，传统的有机光电探测器的外量子效率（ExternalQuantumEfficiency，EQE）低于100％，探测器表现出较低的光响应性，难以满足高灵敏度的光电检测。为解决这一问题，研究人员一直致力于研制具有光电倍增（PhotomultiplierPM）结构的有机光电探测器，从而将其EQE提高到远大于100%。基于此，本论文研制了结构为ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PC71BM（100∶1，wt./wt.）/Al的有机光电倍增探测器，主要展开了两个方面的研究工作，具体如下： （1）有机光电倍增探测器器件各层薄膜制备工艺优化研究。由于器件中空穴传输层PEDOT∶PSS薄膜成膜质量和P3HT∶PC71BM活性层薄膜分子排布方式以及厚度等因素会影响器件性能，设计了三个实验对其制备工艺参数做了优化研究。经过优化实验，确定了器件空穴传输层PEDOT∶PSS薄膜和P3HT∶PC71BM活性层薄膜制备工艺参数，成功制备了薄膜表面均匀平整，成膜质量良好的器件，实现了器件性能的优化。最优工艺参数下制备的器件在-9V偏压和350nm光照的条件下，EQE达到了11500%，相应的响应度（Responsivity，R）和探测度（Detectivity，D*）分别为30.96A/W和3.01×1012Jones。 （2）利用醇处理提升有机光电倍增探测器性能的研究。针对PEDOT∶PSS薄膜中分散剂绝缘基团PSS会抑制器件性能这一问题，提出了一种简单而有效的醇处理提高器件性能的方法，即利用醇对PEDOT∶PSS薄膜进行表面修饰。醇处理方法改善了PEDOT∶PSS薄膜的导电性，同时还优化了P3HT:PC71BM中陷阱分子的聚集，进而导致了Al电极界面空穴隧穿注入的增强，显著提高了器件的EQE。研究结果显示，经过甲醇处理，在-9V偏压下和350nm光照射下，器件EQE从11500％提升到25300％，探测度D*从3.01×1012Jones提升到7.24×1012Jones。基于SEM、AFM、ATR-FTIR和XPS等一系列表征手段的研究工作表明，在PEDOT:PSS的表面旋涂亲水性醇可以溶解并去除其体内的绝缘PSS，降低薄膜表面粗糙度，改善其导电性能。此外，PEDOT∶PSS薄膜表面形态的变化进一步影响活性层共混膜中陷阱分子PC71BM的分布情况，PC71BM分子会形成聚集体从而捕获更多的光生电子，这些电子在Al电极的界面处累积引起更大的能级弯曲，这将增强从Al阴极注入空穴的能力，实现更高的光电倍增效应。 总之，本论文创新地提出了利用醇处理来优化基于P3HT∶PC71BM体系的有机光电倍增探测器性能的方法。在优化器件空穴传输层和活性层制备工艺的基础上，利用醇处理PEDOT∶PSS薄膜可以提高其导电性和改善活性层中PC71BM陷阱分子分布情况，进一步提高有机光电倍增探测器的性能。
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