摘要
对于应用在多变微光环境中的红外有机光电探测器，研究者们发现在活性层中加入合适的窄带隙有机材料可以拓宽近红外光谱的响应范围、改善薄膜形貌、提升响应性能、减少暗电流等。同时，增加活性层厚度、加入第四组分形成能级级联、利用倍增效应等策略也可以提升器件的光电性能。 本论文把新型窄带隙非富勒烯小分子COTIC-4F加入P3HT∶PC71BM（3∶100）倍增体系中，小比例给体P3HT作为空穴陷阱用来捕获光生空穴，从而诱导外部电路的电子倍增注入。引入COTIC-4F不仅可以减少富勒烯材料PC71BM的团聚，还能够有效拓宽器件的近红外光探测波段。探讨了四种不同比例活性层对宽光谱倍增型有机光电探测器响应性能的影响，其中活性层的结构组成为P3HT:PC71BM:COTIC-4F（3:100-x:x）。实验证明，三元活性层采用比例3:60:40和薄膜厚度500nm的制备条件是最佳的。该三元活性层器件可以将二元活性层器件的响应光谱从300~730nm拓宽到300~1200nm。在20V偏压下的最高EQE和最高D*可达6204%和1.70×1012Jones，在1100nm处EQE和D*达到742%和2.59×1011Jones。 接下来，为了改善三元器件在930~1200nm近红外光谱范围的响应性能较低的问题，在最优比例（3:60:40）中加入Y6。改变COTIC-4F和Y6的比例，发现3:60:20:20是四元活性层（P3HT:PC71BM:Y6:COTIC-4F）的最优比例。引入Y6弥补了三元活性层在600~800nm的吸收凹陷，使活性层的形貌得到了改善，且引入新的P3HT:Y6空穴陷阱，提升了倍增注入效果。值得注意的是，活性层中各有机材料之间形成了能级级联结构。实验证明，该能级级联结构能有效降低光生电荷在传输过程中的能量损失，特别是降低COTIC-4F产生的光生电荷的能量损失，有效增强了器件对近红外光谱范围的探测能力。在20V偏压下器件的最高EQE和最高D*达到了21182%和1.82×1013Jones。当单色光波长为1100nm时，器件的EQE响应值和D*响应值分别是4013%和4.49×1012Jones。 综上所述，本论文在倍增体系（P3HT:PC71BM）中加入非富勒烯近红外吸收材料COTIC-4F，将300~730nm的响应范围拓展到了1200nm近红外区域。进一步地，在三元活性层器件中加入Y6，使其与四元活性层中有机材料的不仅是HOMO能级之间而且还有LUMO能级之间形成了双能级级联结构，有效提高了930~1200nm近红外光谱范围的响应性能。
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