摘要
近年来，有机光电探测器(OPDs)在实现大面积、低成本和柔性光电器件方面展现出巨大的潜力，引起了广泛关注。噻二唑并喹喔啉基共轭聚合物(PTQ)，在OPDs领域展现出巨大潜力，由于其优异电子接受能力和平面π共轭结构，促进了材料内部有效电子传输。PTQ不仅具备高效响应速度和灵敏度，而且展现出优异的柔性和可加工性。此外，PTQ可通过化学改性调整其吸收光谱，以适应不同波长的检测需求。 基于PTQ半导体因其低成本、易制备等特性，适合应用于可穿戴和可弯曲设备。同时，在新兴的光电集成系统和智能传感中，具有广阔的应用前景。本文主要从以下三个方面开展研究： (1)菲醌和苯偶酰修饰受体对TQ类D-A型共轭聚合物的主链调控及光电性能研究：通过Stille聚合成功合成了两种基于TQ单元的D-A型共轭聚合物PTQ1和PTQ2，并将其用于有机光电探测器活性层，表现出优异热稳定性。PTQ1、PTQ2的光学带隙分别为0.80eV、0.99eV，吸收范围分别超过1500nm、1200nm。在室温下PTQ2可完全溶解于三氯甲烷，PTQ1需加热至60℃才能完全溶解。基于PTQ1和PTQ2制备的光电探测器，在光功率密度18.89μWmm-2下测试，响应度分别为146AW-1和47AW-1，外量子效率分别为213%和68.6%。结果表明，PTQ1的载流子迁移率高达1.29×10-2cm2V-1s-1，表现出良好光电性能和光电响应。 (2)噻吩并噻吩和苯并二噻吩给体对TQ类D-A型共轭聚合物的主链调控及光电性能研究：通过Stille聚合成功合成了两种基于TQ单元的D-A型聚合物PTQ3和PTQ4，分别采用噻吩并[3,2-b]噻吩单体M4和苯并二噻吩单体M5作为给体单元。制备的聚合物表现出优异热稳定性和溶解性，尤其是PTQ3在低毒性石油醚和二氯甲烷中即可溶解，其TGA测试显示5%的热分解温度为382℃。光学性能方面，PTQ3和PTQ4的光学带隙分别为0.86eV和1.01eV，光谱吸收范围分别超过1300nm、1200nm，PTQ3的电化学带隙更小(1.15 eV)，LUMO能级更低。基于PTQ3和PTQ4制备的近红外有机光电探测器，在0.11μWmm-2的光功率密度下表现出最佳性能。结果表明，基于PTQ4的光电探测器在光响应度和外量子效率方面达到131AW-1和191.2%，显示出优异光电性能。 (3)噻吩和呋喃修饰受体对TQ类D-A型共轭聚合物的主链调控及光电性能研究：通过在TQ单元基础上设计、合成了具有良好热稳定性和溶解性的共轭聚合物PTQ5和PTQ6。结果显示引入呋喃的PTQ5，具有更窄光学带隙0.90eV，吸收带边达1369nm。更低电化学带隙(1.13 eV)，降低了LUMO能级。AFM测试表明，两种材料的表面形貌均连续且平整，粗糙度小于1nm。在光电探测性能方面，PTQ5的载流子迁移率显著高于PTQ6，达到5.22×10-3cm2V-1s-1，且在850nm和1200nm的激光照射下表现出良好的稳定性和开关性能。 综上所述，通过主链调控策略设计合成的一系列聚合物，并将其成功应用于有机光电探测器，在近红外区域表现出良好光电探测性能和显著应用潜力。
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