CN107026238A - 一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件 - Google Patents

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彭应全
吕文理
钟隽康
许自强
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Abstract

本发明公开了一种以平面异质结为近红外光敏层的有机近红外上转换器件。采用有机平面异质结作为近红外光敏层，采用有机发光二极管(OLED)结构作为发光单元，制备有机近红外上转换器件。有机平面异质结采用给体‑受体或者受体‑给体平面异质结结构，OLED结构采用常规或者倒置OLED结构，设计了结构为“透明阴极/给体‑受体平面异质结光敏层/倒置OLED功能层/阳极”，“透明阴极/倒置OLED功能层/给体‑受体平面异质结光敏层/阳极”，“透明阳极/受体‑给体平面异质结光敏层/常规OLED功能层/阴极”和“透明阳极/常规OLED功能层/受体‑给体平面异质结光敏层/阴极”的四种有机近红外上转换器件。

Description

一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件
【技术领域】
本发明涉及一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件,属于固体电子器件技术领域。
【背景技术】
近红外(NIR)成像器件在夜视、安全、半导体晶片检查以及医学成像等方面具有广阔的应用前景。一种重要的近红外光成像的方法是利用近红外上转换器件将入射的近红外光转换为可见光，直接用肉眼或者相机来观测。近年来，基于无机、混合有机/无机和有机材料的近红外上转换器件均有报道。有机近红外上转换器件具有制作工艺简单、制备成本低和高性能等优势。有机近红外上转换器件可以简单地通过将有机近红外光敏层与有机发光二极管(organic light-emitting diode,OLED)集成在一起而实现。文献中报道的有机近红外上转换器件的结构是将单层薄膜或者给体-受体混合薄膜作为近红外光敏层，插入到常规OLED的阳极与空穴传输层之间。在黑暗状态下，由于近红外光敏层阻挡空穴注入发光层，器件不发光或者发光强度很低。而在近红外光入射下，近红外光敏层吸收近红外光，产生大量光生空穴，光生空穴注入到发光层，使器件发光或者发光强度增大，从而实现了将入射的近红外转换为可见光的功能。
在有机近红外上转换器件中，有机近红外光敏层的作用有两点：第一，在黑暗下阻挡载流子(电子或者空穴)注入到发光层；第二，在近红外光入射下产生光生载流子(光生电子和光生空穴)。单层薄膜作为光敏层主要的缺点是在黑暗下对于载流子的阻挡效率低，并且光生激子的离解效率低。给体-受体混合薄膜作为近红外光敏层的缺点同样有在黑暗下对于载流子的阻挡效率低，另外，给体-受体混合薄膜对于近红外光的吸收效率往往低与纯净的半导体薄膜。给体-受体平面异质结是一种在有机电子器件中常用的结构，该结构的近红外光敏二极管可以表现出较高的光暗电流比和量子效率，选择合适光敏材料构成平面异质结，将其引入 到上转换器件的结构中作为近红外光敏层可以制备高性能的近红外上转换器件。
此外，OLED由有机功能层、底电极和顶电极构成。根据阳极和阴极的位置不同，OLED有常规结构和倒置结构之分。在常规结构中，阳极位于衬底之上，是底电极，阴极是顶电极；而在倒置结构中，阴极位于衬底之上，是底电极，阳极是顶电极。因此，有机上转换器件也可采用常规或者倒置OLED结构作为发光单元。倒置OLED结构的有机近红外上转换器件至今没有报道。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件。以给体-受体或者受体-给体平面异质结为光敏层，以常规或者倒置OLED为发光单元，可以构造四种结构的有机近红外上转换器件，第一种为“透明阴极/给体-受体平面异质结光敏层/倒置OLED功能层/阳极”，第二种为“透明阴极/倒置OLED功能层/给体-受体平面异质结光敏层/阳极”，第三种为“透明阳极/受体-给体平面异质结光敏层/常规OLED功能层/阴极”，第四种为“透明阳极/常规OLED功能层/受体-给体平面异质结光敏层/阴极”。
常规OLED的功能层采用“空穴传输层/发光层/电子传输层”的结构，而倒置OLED采用为“电子传输层/发光层/空穴传输层”的结构。四种结构的上转换器件的工作原理分为为：在第一种结构的上转换器件中，给体-受体平面异质结在黑暗下阻挡电子注入到发光层，器件不发光，而在近红外光照下，给体-受体平面异质结中产生光生电子注入到发光层，器件发光；第二种结构的上转换器件中，给体-受体平面异质结在黑暗下阻挡空穴注入到发光层，器件不发光，而在近红外光照下，给体-受体平面异质结中产生光生空穴注入到发光层，器件发光；第三种结构的上转换器件中，受体-给体平面异质结在黑暗下阻挡空穴注入到发光层，器件不发光，而在近红外光照下，受体-给体平面异质结中产生光生空穴注入到发光层，器件发光；第四种结构的上转换器件中，受体-给体平面异质结在黑暗下阻挡电子注入到发光层，器件不发光，而在近红外光照下，受体-给体平面异质结中产生光生电子注入到发光层，器件发光。
【附图说明】
图1为采用第一种结构的本发明示意图。
图2为采用第二种结构的本发明示意图。
图3为采用第三种结构的本发明示意图。
图4为采用第四种结构的本发明示意图。
【具体实施方式】
以镀有铟锡氧化物(ITO)透明导电薄膜的玻璃为衬底，并兼作透明阴极；以酞菁铅/富勒烯(PbPc/C60)给体-受体平面异质结为近红外光敏层，以2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)为电子传输层，三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)为发光层，N,N`-联二苯-N,N`-bis(1-萘基)-(1,1`-联苯)-4,4`-联氨(NPB)为空穴传输层，制备本发明中第一种和第二种结构的有机近红外上转换器件。制备过程如下：
a)用标准工艺清洗ITO玻璃衬底；
b)将清洗过的ITO玻璃衬底在紫外灯下处理10分钟；
c)将基片装载到具有多个有机材料热蒸发源的真空镀膜系统中，依次沉积各有机功能层，；
d)对于第一种结构的上转换器件，沉积顺序(厚度)为：PbPc(60nm),C60(50nm),BCP(20nm),Alq3(30nm)和NPB(60nm)；
e)对于第二种结构的上转换器件，沉积顺序(厚度)为：BCP(50nm),Alq3(30nm),NPB(30nm),PbPc(60nm)和C60(50nm)；
f)将沉积过用真空热蒸发方法制备顶电极，第一种和第二种结构的上转换器件分别沉积100nm金和铝做为阳极，其形状和面积由掩膜版确定。

Claims (3)

1.一种以平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件，其特征在于，它采用有机平面异质结作为近红外光敏层，有机发光二极管结构为发光单元，设计实现有机近红外上转换器件。
2.根据权利要求1所述的平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件，其特征在于有机平面异质结光敏层不仅仅是给体-受体平面异质结，也包含受体-给体平面异质结。
3.根据权利要求1所述的平面异质结为光敏层的有机近红外上转换器件，其特征在于有机发光二极管结构的发光单元不仅仅是常规有机发光二极管结构，也包含倒置有机发光二极管结构。
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