本發(fā)明屬于有機(jī)光電探測器，特別涉及一種基于范德瓦爾斯接觸的疊層三重異質(zhì)結(jié)(lthj)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、有機(jī)光電探測器(opd)因其柔性可彎曲性、低成本制備工藝、寬光譜響應(yīng)范圍及優(yōu)異的可調(diào)節(jié)性，在生物醫(yī)療傳感、光通信、夜視成像、人工智能傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，近紅外opd因能夠在非可見光范圍內(nèi)進(jìn)行高效探測，適用于低功耗生物信號監(jiān)測(如光電容積脈搏波ppg傳感)、隱形光通信和安防監(jiān)測，已成為該領(lǐng)域的研究熱點。然而，現(xiàn)有opd在性能上仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括高暗電流、低比探測率(d*)、有限的響應(yīng)度以及噪聲抑制能力不足等問題，這些因素嚴(yán)重限制了其在高靈敏度探測場景中的應(yīng)用。
2、目前，體異質(zhì)結(jié)(bhj)結(jié)構(gòu)因其大面積的供體-受體界面，有助于提高激子解離效率，是有機(jī)光電探測器中最廣泛使用的結(jié)構(gòu)之一。然而，bhj結(jié)構(gòu)中供體相和受體相均可與電極直接接觸，導(dǎo)致電子和空穴可以直接注入受體的lumo能級或供體的homo能級，這將導(dǎo)致較高的暗電流，從而影響器件的信噪比和比探測率(d*)。另一方面，平面異質(zhì)結(jié)雖然能夠有效抑制載流子的非必要注入，但由于其供體-受體界面面積較小，激子解離效率受限，導(dǎo)致光電流較低，從而降低了探測器的整體性能。因此，如何在降低暗電流的同時維持較高的光響應(yīng)，仍然是有機(jī)光電探測器領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有有機(jī)光電探測器存在暗電流高、比探測率低的問題，本發(fā)明提出一種基于范德瓦爾斯接觸的疊層三重異質(zhì)結(jié)(lthj)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器。該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)體異質(zhì)結(jié)(bhj)基礎(chǔ)上，于其與陰極之間引入一層純受體材料，作為電子阻擋層，同時在其與陽極之間引入一層純供體材料，作為空穴阻擋層，從而有效抑制載流子的非必要注入，降低器件的暗電流并提高其比探測率。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
3、一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器，該光電探測器包括依次層疊的：透明基底及電極層、電子傳輸層、聚合物受體層、聚合物體異質(zhì)結(jié)層、聚合物供體層、空穴傳輸層、頂電極層；
4、所述聚合物受體層的厚度為15-50nm，聚合物體異質(zhì)結(jié)層的厚度為50-250nm，聚合物供體層的厚度為15-50nm；
5、所述聚合物受體層的材料為有機(jī)聚合物受體材料，包括：n2200、py-it、pyf-t-o或pndi。相比于供體材料具有較低的homo能級，能夠有效阻擋外部電路空穴載流子的注入。
6、所述聚合物體異質(zhì)結(jié)層的材料為有機(jī)聚合物受體材料和供體材料的混合材料。主要用于吸收光能和分離光生載流子電子-空穴對。
7、所述聚合物供體層的材料為有機(jī)聚合物供體材料，包括：pm6,ptb7-th,d18,p3ht,pbdb-t。相比于受體材料具有較高的lomo能級，能夠有效阻擋外部電路電子載流子的注入。
8、進(jìn)一步的，所述“聚合物受體層與聚合物體異質(zhì)結(jié)層之間”和“聚合物體異質(zhì)結(jié)層與聚合物供體層之間”均為范德瓦爾斯接觸。
9、一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器的制備方法，該方法包括：
10、s1：清洗透明基底及電極層，采用去離子水、酒精和丙酮依次進(jìn)行超聲清洗后干燥；
11、s2：在透明基底及電極層表面旋涂電子傳輸層，并進(jìn)行熱退火處理；
12、s3：在電子傳輸層上旋涂聚合物受體層；
13、s4：在聚合物受體層上通過水轉(zhuǎn)印法制備聚合物體異質(zhì)結(jié)層；
14、s5：在體聚合物體異質(zhì)結(jié)層上通過水轉(zhuǎn)印法轉(zhuǎn)印聚合物供體層；
15、s6：采用真空蒸鍍法沉積空穴傳輸層；
16、s7：繼續(xù)采用真空蒸鍍法沉積頂電極。
17、進(jìn)一步的，所述所述步驟s4中水轉(zhuǎn)印過程包括：在裝有去離子水的玻璃皿中滴加聚合物體異質(zhì)結(jié)層溶液，待其在水面鋪展并干燥形成薄膜后，將器件倒置壓附于薄膜表面，完成轉(zhuǎn)印后真空處理1-10分鐘，然后進(jìn)行熱退火處理。
18、進(jìn)一步的，所述步驟s5中水轉(zhuǎn)印過程包括：在裝有去離子水的玻璃皿中滴加聚合物供體溶液，待其在水面鋪展并干燥形成供體薄膜后，將器件倒置壓附于薄膜表面，完成轉(zhuǎn)印后真空處理1-10分鐘，然后進(jìn)行熱退火處理。
19、本發(fā)明通過構(gòu)建由純受體層、體異質(zhì)結(jié)層及純供體層組成的疊層三重異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，在有效提高激子解離效率的同時，形成載流子阻擋界面，顯著降低暗電流并提升比探測率(d*)與信噪比。該器件兼具體異質(zhì)結(jié)高效率和平面異質(zhì)結(jié)低噪聲的優(yōu)點，尤其適用于近紅外高靈敏度光電探測、低功耗生物信號讀取、光通信等領(lǐng)域，具有良好的產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用前景。
1.一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器，該光電探測器包括依次層疊的：透明基底及電極層、電子傳輸層、聚合物受體層、聚合物體異質(zhì)結(jié)層、聚合物供體層、空穴傳輸層、頂電極層；
2.如權(quán)利要求1所述的一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器，其特征在于，所述聚合物體異質(zhì)結(jié)層的材料為有機(jī)聚合物受體材料和供體材料的混合材料。
3.如權(quán)利要求1所述的一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器，其特征在于，所述聚合物供體層的材料為有機(jī)聚合物供體材料，包括：pm6,ptb7-th,d18,p3ht,pbdb-t。
4.如權(quán)利要求1所述的一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器，其特征在于，所述“聚合物受體層與聚合物體異質(zhì)結(jié)層之間”和“聚合物體異質(zhì)結(jié)層與聚合物供體層之間”均為范德瓦爾斯接觸。
5.一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器的制備方法，該方法包括：
6.如權(quán)利要求5所述的一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器的制備方法，其特征在于，所述所述步驟s4中水轉(zhuǎn)印過程包括：在裝有去離子水的玻璃皿中滴加聚合物體異質(zhì)結(jié)層溶液，待其在水面鋪展并干燥形成薄膜后，將器件倒置壓附于薄膜表面，完成轉(zhuǎn)印后真空處理1-10分鐘，然后進(jìn)行熱退火處理。
7.如權(quán)利要求5所述的一種疊層三重異質(zhì)結(jié)低暗電流全聚合物有機(jī)光電探測器的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中水轉(zhuǎn)印過程包括：在裝有去離子水的玻璃皿中滴加聚合物供體溶液，待其在水面鋪展并干燥形成供體薄膜后，將器件倒置壓附于薄膜表面，完成轉(zhuǎn)印后真空處理1-10分鐘，然后進(jìn)行熱退火處理。