CN106449980A - 一种光传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器，更加具体地说，涉及一种光传感器。该光传感器，自下而上依次设置有透明导电衬底、电极层、阵列层、有机无机复合发光层、有机物空穴传输层和金属阳极，其中，透明导电衬底为ITO导电玻璃或镀有ITO导电膜的PET，电极层的材料为铂，阵列层由氧化镉纳米线组成，有机无机复合发光层由有机无机复合发光溶液通过静置再旋涂的方案填充在阵列层的氧化镉纳米线之间及其顶部而组成，有机物空穴传输层采用静置再旋凃的方案，使用由聚3,4‑乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐组成的高分子聚合物水溶液。利用本发明的技术方案，可大大降低光传感器组装的难度，节约时间及成本，所制备的光传感器的灵敏性为传统材料的5‑8倍，大大增加了其灵敏度。

Description

一种光传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，更加具体地说，涉及一种光传感器。
背景技术
半导体纳米线（NWS）由于其具有单晶体结构及可调的原子组成和尺寸大小，从而具备独特的电学、光学和力学性能。一维II–VI族金属半导体阵列基板由于其在场发射、太阳能电池、传感器、激光和太阳能电池等方面具有潜在的应用价值，从而引起越来越多的关注。一维纳米线与碳纳米管形状相似，且具有良好的光电特性及多种成分的合成的可能性。与传统自顶而下的合成方法相比，一维纳米线能够利用自底向上的方法来合成及控制其一维纳米结构，从而具有制备高度集成器件甚至呈现出新概念器件的可能性。
氧化镉是典型的II–VI族金属化合物，作为一个具有高电子密度的直接带隙半导体，氧化镉具有很高的光吸收系数及带隙能量（≈2.27eV），其能级之间可直接跃迁，离子键成分很大。氧化镉的能级改变、能隙变宽、吸收和发射光谱向短波方向移动等这些改变都是由量子尺寸效应引起的，而表面效应主要引起微粒表面原子输运和构型的变化，同时，表面电子自旋构象和电子能谱也会发生改变，以上这些变化对氧化镉的电学和光学都会产生重要的影响。由于氧化镉带隙能量与太阳辐射光谱的范围相匹配，因此在太阳能应用方面，氧化镉是一个优良的光捕获剂。
一个具有实际应用价值的半导体应用于光传感器时，必须具有很好的光稳定性，高效和良好的选择性以及优异的光谱响应。现有报道中，关于光传感器的组成多以纳米薄膜材料为主，虽然该材料具有良好的光稳定性，但是其能量转换效率较低，光谱响应效果较差。目前，关于基于纳米线纳米材料的光传感器的报道很少，基于氧化镉纳米线的高性能光传感器的相关报道更少。另外，在传统的光传感器中，在光响应纳米材料的组装之前，需要经过复杂的处理，包括其与衬底的分离以及在适当溶剂中的扩散等，以上这些在制造处理中的困难，使其无法实现大规模地制造基于纳米材料的光传感器器件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于氧化镉纳米线的光传感器，该光传感器的组装难度低，可实现大规模的生产制造。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
光传感器，自下而上依次设置有透明导电衬底、电极层、阵列层、有机无机复合发光层、有机物空穴传输层和金属阳极。
透明导电衬底为ITO导电玻璃，选择在透明玻璃的一面上设置氧化铟锡层，形成导电层，或者镀有ITO导电膜（层）的PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。
在透明导电衬底的导电层上设置电极层，即，将电极层设置在氧化铟锡层上，具体来说，按照下述步骤进行：在氧化铟锡层上直接喷涂电极材料Pt（铂），以形成电极层。
在电极层上设置阵列层，阵列层由氧化镉纳米线组成，且氧化镉纳米线之间有空隙，其中氧化镉纳米线的合成过程为申请号201610247676.X的中国专利申请《一步法制备氧化镉纳米线的方法及其应用》中所述。由于所用氧化镉纳米线合成方法的特殊性，决定了其是以垂直的方式设置在电极层上，以形成氧化镉的阵列层，并在氧化镉纳米线的顶端设置金属铋。
由于每根氧化镉纳米线并非紧密排列的，而是有空隙的，因此，在氧化镉纳米线之间及其表面填充着有机无机复合发光溶液，从而形成有机无机复合发光层，其中，有机无机复合发光溶液包括有机物卟啉（porphyrin）或其衍生物中的一种或两种、氧化镉纳米线、ZnO量子点粉体以及溶剂N,N-二甲基甲酰胺，有机物卟啉或其衍生物与氧化锌结合在一起，可提高其电子传递速度，从而提高其光学性能。
在制备有机无机复合发光层时，选择静置再旋凃的方案，能够促使有机无机复合发光溶液有效的进入氧化镉纳米线的空隙并填充覆盖纳米线，即，在氧化镉纳米线之间及其顶部都能够形成有机无机复合发光层。
在有机无机复合发光层上面设置有机物空穴传输层。
在制备有机物空穴传输层时，选择静置再旋凃的方案，以PEDOT和PSS两种物质组成的高分子聚合物的水溶液为体系进行旋凃，其中，PEDOT是EDOT（3,4-乙撑二氧噻吩）单体的聚合物，即，聚3,4-乙撑二氧噻吩，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。
在有机物空穴传输层上面设置金属阳极。
在进行使用时，使用电源分别与金属阳极和透明导电衬底相连。
与现有技术相比，在本发明的技术方案中，基于氧化镉纳米线自底而上于ITO导电玻璃上的合成方法，其可以直接用作光传感器器件并用于光传感器的组装，大大降低了光传感器组装的难度，节约了时间及成本，并且在整体组装为传感器之后，各个组分和功能层彼此配合，更加有效的发挥其光电性能，使得基于氧化镉纳米线的光传感器的灵敏性为传统纳米薄膜材料的5-8倍，大大增加了光传感器的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的光传感器的结构示意图。
图2是CdO薄片与本发明所制备的CdO纳米线在黑暗和光照条件下测量的I-V曲线。
图3是CdO薄片与本发明所制备的CdO纳米线的光响应图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种光传感器，自下而上依次设置有透明导电衬底1、电极层2、阵列层3、有机无机复合发光层4、有机物空穴传输层5和金属阳极6，透明导电衬底1为ITO导电玻璃，选择在透明玻璃的一面上设置氧化铟锡层，形成导电层，在氧化铟锡层上直接喷涂电极材料铂，以形成电极层2，在电极层2上设置阵列层3，阵列层3由氧化镉纳米线组成，其中氧化镉纳米线的合成过程为申请号为201610247676.X的中国专利申请《一步法制备氧化镉纳米线的方法及其应用》中所述，氧化镉纳米线的顶端设置金属铋，选择静置再旋凃的方案，在氧化镉纳米线之间及其表面填充有机无机复合发光溶液，从而形成有机无机复合发光层4，其中，有机无机复合发光溶液包括有机物卟啉、氧化镉纳米线、ZnO量子点粉体以及溶剂N,N-二甲基甲酰胺，在有机无机复合发光层4上面设置有机物空穴传输层5，在制备有机物空穴传输层5时，选择静置再旋凃的方案，以聚3,4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐组成的高分子聚合物的水溶液为体系进行旋凃，在有机物空穴传输层5上面设置金属阳极6，在进行使用时，使用电源分别与金属阳极6和透明导电衬底1相连。
图2为CdO薄片和本发明所制备的均匀支链CdO纳米线在黑暗和光照条件下测量的I-V曲线，其中1为黑暗条件下CdO薄片，2为黑暗条件下均匀支链CdO纳米线，3为光照条件下CdO薄片，4为光照条件下均匀支链CdO纳米线。由图2可知，基于阵列的氧化镉纳米线的光传感器无论在黑暗中还是光照下，均表现出强于CdO薄片的性能。
图3为以FTO为基板制备的CdO薄片和本发明所制备的均匀支链CdO纳米线的光响应图（负1.0V恒定偏差的循环周期），1为本发明制备的均匀支链CdO纳米线，2为CdO薄片。从图3中可以看出，当栅压增加（或减小）时，CdO纳米线的电导也随之增加（或减小），这说明此器件为N沟道场效应管，这主要是因为O空位和空隙Cd原子导致的自补偿效应。实验结果表明，基于CdO纳米线的场效应管电流很小，近乎为零，并且对栅压几乎没有响应。这表明对于低电导的半导体纳米材料，改变半导体形貌是提高其电导性的有效手段。与CdO薄片的场效应管相比，本发明的CdO纳米线场效应管具有很高的电导。

Claims (9)

1.一种光传感器，其特征在于：自下而上依次设置有透明导电衬底（1）、电极层（2）、阵列层（3）、有机无机复合发光层（4）、有机物空穴传输层（5）和金属阳极（6）。
2.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：所述透明导电衬底（1）为ITO导电玻璃或镀有ITO导电膜的PET。
3.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：所述电极层（2）的材料为铂。
4.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：所述阵列层（3）由氧化镉纳米线组成，且氧化镉纳米线之间有空隙。
5.如权利要求4所述的一种光传感器，其特征在于：所述氧化镉纳米线的顶端设置有金属铋。
6.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：所述有机无机复合发光层（4）由有机无机复合发光溶液通过静置再旋涂的方案填充在所述阵列层（3）的氧化镉纳米线之间及其顶部而组成。
7.如权利要求6所述的一种光传感器，其特征在于：所述有机无机复合发光溶液包括有机物卟啉（porphyrin）或其衍生物中的一种或两种、氧化镉纳米线、ZnO量子点粉体以及溶剂N,N-二甲基甲酰胺。
8.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：所述有机物空穴传输层（5）采用静置再旋凃的方案，使用由聚3,4-乙撑二氧噻吩和聚苯乙烯磺酸盐组成的高分子聚合物水溶液。
9.如权利要求1所述的一种光传感器，其特征在于：在进行使用时，使用电源分别与所述金属阳极（6）和所述透明导电衬底（1）相连。
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