CN108365107A - 一种多通道叠层有机光电探测器 - Google Patents
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Abstract
一种多通道叠层有机光电探测器，由多个结构相同的基础层通过叠加的方式组成。其中每一个基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝(Al)和氧化铟锡(ITO)。每一个基础层有单通道或双通道两种工作模式：在单通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，外电路通过并联实现光电流的放大；在双通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测。通过基础层的叠加，组建多通道，实现探测器的多光谱检测。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，一种能直接进行多光谱检测，即利用多通道对光能中多个不同波长或不同波段的光信号进行同时分立检测的有机光电探测器。
背景技术
有机光电探测器是一种使用有机物作为光电转换工作物质的光电池。
目前传统的有机光电探测器只能探测对其有机工作层敏感的光信号，而有机工作层往往只对某一波长或某一波段的光信号敏感。如若要实现对多个不同波长或多个不同波段光信号的同时分立探测，即实现多光谱探测，则必须同时使用多个有机光电探测器并配以分光器件来进行探测，整体结构尺寸将会较大。
并且，在很多情况下，由于光电转换效率以及光能利用率的限制，单个探测器所获取的光电流信号往往较小，不利于后续的操作。
发明内容
本发明为了克服现有有机光电探测器的不足，提供一种能直接进行多光谱检测，即对多个不同波长或不同波段的光信号进行同时分立检测，并且通过工作模式的切换能实现光电流放大功能的多通道叠层有机光电探测器。
所述的多通道叠层有机光电探测器，其特征在于：该探测器由多个结构相同的基础层通过叠加的方式组成。其中每一个基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝Al和氧化铟锡ITO，由此组成基础层内的第一探测单元和第二探测单元。每一个基础层有单通道或双通道两种工作模式：在单通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，外电路通过并联实现光电流的放大；在双通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测。
所述基础层内的第一探测单元包括附着在玻璃基片上作为第一正电极的ITO、第一负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体。
所述基础层内的第二探测单元包括附着在玻璃基片上作为第二正电极的ITO、第二负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体。
所述基础层内的第一探测单元和第二探测单元在结构和工作原理上完全一致，相互互为倒置放置。
所述基础层内的离子液体系第一探测单元与第二探测单元所共用。
通过将这些结构相同的基础层进行叠加，组建彼此独立的多通道，并使不同基础层中的有机工作层响应不同的波长或波段的光信号从而实现探测器的多光谱检测。
本发明提供的所述的多通道叠层有机光电探测器由多个结构相同的基础层通过叠加的方式组成。其中每一个基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝Al和氧化铟锡ITO，由此组成基础层内的第一探测单元和第二探测单元。通过将这些结构相同的基础层进行叠加，组建彼此独立的多通道，并使不同基础层中的有机工作层响应不同的波长或波段的光信号从而实现探测器的多光谱检测。
离子液体在电极和有机工作层间的引入，从而在界面处形成双电层，产生位移电流实现界面处光电流的传输，克服了有机物载流子迁移率低的问题，使入射光可不必照射上、下电极的重叠区域仍旧能产生光电流。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
每一个基础层有单通道或双通道两种工作模式。
在单通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，外电路通过并联实现光电流的放大。
在双通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测。
通过将这些结构相同的基础层进行叠加，组建彼此独立的多通道，并使不同基础层中的有机工作层响应不同的波长或波段的光信号从而实现探测器的多光谱检测。
本发明可以对光能中多个不同波长或不同波段的光信号进行同时分立检测并兼具光电流放大功能。
附图说明
图1是本发明一种多通道叠层有机光电探测器基础层的结构示意图。
图2是本发明一种多通道叠层有机光电探测器基础层的第一探测单元的原理图。
图3a是本发明一种多通道叠层有机光电探测器基础层的单通道工作模式示意图，图3b是图3a的等效电路。
图4a是本发明一种多通道叠层有机光电探测器基础层的双通道工作模式示意图，图4b是图4a的等效电路。
图5是本发明一种多通道叠层有机光电探测器两个基础层叠加后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明一种多通道叠层有机光电探测器基础层的结构示意图。如图1所示的一种多通道叠层有机光电探测器基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝Al和氧化铟锡ITO，由此组成基础层内的第一探测单元和第二探测单元。
所述的多通道叠层有机光电探测器，其特征在于：该探测器由多个结构相同的基础层通过叠加的方式组成。其中每一个基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝Al和氧化铟锡ITO，由此组成基础层内的第一探测单元和第二探测单元。每一个基础层有单通道或双通道两种工作模式：在单通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，外电路通过并联实现光电流的放大；在双通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测。
所述基础层内的第一探测单元包括附着在玻璃基片上作为第一正电极的ITO、第一负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体。
所述基础层内的第二探测单元包括附着在玻璃基片上作为第二正电极的ITO、第二负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体。
所述基础层内的第一探测单元和第二探测单元在结构和工作原理上完全一致，相互互为倒置放置。
所述基础层内的离子液体系第一探测单元与第二探测单元所共用。
通过将这些结构相同的基础层进行叠加，组建彼此独立的多通道，并使不同基础层中的有机工作层响应不同的波长或波段的光信号从而实现探测器的多光谱检测。
本发明一种多通道叠层有机光电探测器的工作原理：
所述基础层内的第一探测单元和第二探测单元其结构和工作原理完全相同，仅放置位置不同，即相互互为倒置放置。在此仅以第一探测单元为例进行说明，如图2所示，入射光使第一探测单元有机工作层中发生电荷分离，空穴向下迁移，电子向上迁移。空穴以传导电流的形式进入ITO电极。电子迁移到有机工作层和离子液体的界面处，在电势的作用下离子液体中的阳离子将运动到该界面处进而和电子形成双电层，双电层的形成将产生位移电流并完成光电流在有机工作层和离子液体间的传输。在光电流的作用下阴离子将在离子液体中运动到铝电极和离子液体的界面处，在电势的作用下ITO电极中的空穴将经外电路传输到铝电极上，并在铝电极和离子液体的界面处与阴离子形成双电层，该界面处双电层的形成将产生位移电流并完成光电流在离子液体和铝电极间的传输，此时外电路中将产生从ITO电极到铝电极的电流。外电路闭合时，外电路中电流强度的大小将随入射光信号强度的变化而变化。
进一步说明的是，上述两个探测单元是同时进行工作的。
所述的多通道叠层有机光电探测器基础层内的两个探测单元均可各自等效为一个光电池，基础层具有单通道或双通道两种工作模式：在单通道工作模式下，基础层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，第一探测单元和第二探测单元采用并联工作方式，外电路通过并联实现光电流的放大，此时可等效为两个光电池的并联，如图3所示；在双通道工作模式下，基础层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，第一探测单元和第二探测单元采用分立工作方式，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测，此时可等效为两个分立的光电池，如图4所示。
通过将这些结构相同的基础层进行叠加，组建彼此独立的多通道，并使不同基础层中的有机工作层响应不同的波长或波段的光信号从而实现探测器的多光谱检测。本发明可以对光能中多个不同波长或不同波段的光信号进行同时分立检测，并且通过工作模式的切换能实现光电流放大功能。
进一步说明的是，每一个基础层可实现1(单通道)或2(双通道)个通道的光电流输出，通过对基础层的叠加，可以根据设计要求，来实现不同工作模式的多种组合以及不同通道数的多种输出。
在此以两个基础层的叠加为例，如图5所示，进行说明。当两个基础层都处于双通道工作模式下，可实现两个基础层的4通道输出，即可同时对4个不同波长或4个不同波段光信号进行探测；当两个基础层一个处于单通道工作模式下，另一个处于双通道工作模式下，可实现两个基础层的3通道输出，即可同时对3个不同波长或3个不同波段光信号进行探测，其中工作在单通道模式下的基础层将对其响应的光电流进行放大；当两个基础层都处于单通道工作模式下，可实现两个基础层的2通道输出，即可同时对2个不同波长或2个不同波段光信号进行探测，此时两个基础层将分别都对其响应的光电流进行放大。
在两个基础层叠加的基础上，按照相同的工作原理和方式，可实现三个基础层的叠加、四个基础层的叠加、直至N个基础层的叠加，从而实现探测器的多光谱检测及其光电流放大功能。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (1)
1.多通道叠层有机光电探测器，其特征在于：该探测器由多个结构相同的基础层通过叠加的方式组成；其中每一个基础层包括两套独立的有机工作层，连接两套独立的有机工作层并在界面处形成双电层从而产生位移电流的离子液体以及作为电极的铝Al和氧化铟锡ITO，由此组成基础层内的第一探测单元和第二探测单元；每一个基础层有单通道或双通道两种工作模式：在单通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层将采用相同的材料，仅对一个波长或一个波段的光信号进行检测，外电路通过并联实现光电流的放大；在双通道工作模式下，层内两套独立的有机工作层分别采用对两个不同光波长或不同光波段敏感的材料，从而实现双波长或双波段光信号的同时分立检测；
所述基础层内的第一探测单元包括附着在玻璃基片上作为第一正电极的ITO、第一负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体；
所述基础层内的第二探测单元包括附着在玻璃基片上作为第二正电极的ITO、第二负电极的Al、作为主要工作物质的有机工作层和离子液体；
所述基础层内的第一探测单元和第二探测单元在结构和工作原理上完全一致，相互互为倒置放置；
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