CN110534650B - 一种自滤光窄光谱响应有机光探测器 - Google Patents

一种自滤光窄光谱响应有机光探测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自滤光窄光谱响应有机光探测器。该有机光探测器依次包括基底、正电极、P型层、N型层和负电极，其中P型层可进一步分为单层P型层结构和多层P型层结构，在所述单层P型层结构中，P型层材料的带隙宽于N型层材料；在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料和/或直接与N型层接触的P型层材料，正电极与P型层之间和/或N型层与负电极之间可增加缓冲层。本发明以一种新型的器件结构及简单的制备方法，在无需带通滤光片情况下实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节。

Description

一种自滤光窄光谱响应有机光探测器
技术领域
本发明涉及有机光电子领域，具体涉及一种自滤光窄光谱响应有机光探测器。
背景技术
光探测器具有将光信号转变为电信号的功能，是成像系统的重要组成部分，在环境监测，信息通讯和生物传感等众多领域有着重要应用。依据其光谱响应带宽，光探测器通常可划分为宽响应及窄响应光探测器。宽响应光探测器通常被集成化，用于低光条件下的多色光探测，而窄响应光探测器通常应用于单色成像或可见盲近红外光探测。近年来，有机光电领域的蓬勃发展为有机光探测器的开发注入新的活力，有机光电材料可以通过结构的改变调节带隙，进而调节其光电响应范围。随着研究的不断深入，越来越多的有机光电材料问世，然而，受限于其较宽的吸收范围，目前报道的有机光探测器多为宽响应光探测器。
对于窄响应光探测器而言，光谱选择性是至关重要的。为了提高有机光探测器的光谱选择性，通常的做法是将宽光谱响应范围的光探测器与二向色棱镜或者带通光学滤光器耦合在一起，然而，这种做法会增加有机光探测器的结构复杂性和制作成本。此外，滤波系统的使用会产生额外的光学界面，降低图像清晰度，给实现更高像素密度的成像系统造成了障碍。
上述这些问题对开发出新型器件结构的有机光探测提出了迫切需求。目前真正实现窄响应有机光探测器的实例为数不多，实现方式主要包括利用分子间电荷转移态[Nature Communications,2017,8,15421]或采用电荷收集窄化(CCN)操控电荷收集[Nature Communications,2015,6,6343]。但是上述这些器件结构都是基于传统的本体共混异质结结构，即将P型的电子给体材料与N型的电子受体材料共混在一起作为活性层，而这种共混的活性层对光场和电荷的可控性较差，需要同时增加额外的技术手段来调控活性层内量子效率或光场分布，例如制成2微米以上的超厚活性层来控制电荷传输和收集、插入超薄金属层制成光学微腔结构、或外加超高偏压，才能实现窄光谱响应功能，而这种基于给受体共混的本体异质结结构的有机光探测器，通常暗电流较高，响应度较低，探测率较低，且需要配以严苛的技术手段才能实现窄光谱响应功能，而且适用于这种器件结构可实现窄光谱响应的有机光电材料较少，使得其普适性较差，较难通过单一器件结构实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节，这些不足限制了其实际应用。此外最近也有文献报道尝试利用P、N分层的器件结构实现窄响应探测功能[J.Mater.Chem.C,2019,7,4770]，但是在该器件中与N型层直接接触的P型层也是由多种P型层材料共混而成，并且其未注意到P型层和N型层材料之间的带隙关系，其所用共混P型层材料的带隙皆窄于N型层材料，因而入射光子已完全被P型层吸收，只能利用深层的P型层材料产生激子，N型层材料只是作为激子分离界面而存在，不会对长波长的EQE产生贡献，这使其对光子和电荷的利用率较低，因而其在-4V的偏压下也只有3％的外量子效率(EQE)，更重要的是这种不合理的激子利用使其在可见光范围内仍有较高的EQE响应，即未能实现真正意义上的窄光谱响应功能，同时这种带隙关系的匹配使其无法通过N型层厚度的调节实现探测光谱波段和半峰宽的调节。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，发明了一种自滤光窄光谱响应有机光探测器。以一种的器件结构，在无需带通光学滤光器或额外技术手段的条件下实现探测光谱波段的自由选择和探测光谱半峰宽的自由调节。
本发明的另一目的在于提供一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法。以简单的制备方法，实现光谱选择性探测功能。这为开发出特定区域响应的有机光探测器提供了一种简单的策略和理论指导。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底、正电极、P型层、N型层和负电极，所述P型层为单层P型层结构或多层P型层结构；当所述P型层为单层P型层结构时，P型层材料的带隙宽于N型层材料；当所述P型层为多层P型层结构时，在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料、不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料、或不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料且宽于N型层材料。
进一步地，所述正电极与P型层之间、所述N型层与负电极之间可单独或同时设置有缓冲层，所述缓冲层材料可为水醇溶类界面材料(如3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代-[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN-Br)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-胺基)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-乙基溴化铵)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N-Br)、聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE))、水醇溶富勒烯衍生物材料(如N,N'-二乙基-5-苯基-5-[(6,6')-C71-戊基]-1-胺、双-[6,6]-苯基-C61-戊基磷酸二乙酯)、有机N型材料(如2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、苯并[1,2-a:4,5-a']二唑嗪-3,3'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双[6,7,14,15-四基]氯盐)、金属氧化物类材料(如氧化钼(MoO3)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化铜(CuO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌镁(MZO)、氧化锌铝(AZO))中的任意一种及组合，或具有类似功能的材料。
进一步地，所述P型层材料为含有下列共轭结构的共轭聚合物或共轭小分子材料。
Figure GDA0002925193410000041
其中，R1-R6可为具有1～40个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，
其中一个或多个碳原子可被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子可以被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子取代；R1-R6也可以为取代基，如氢原子、氟原子、氯原子、氰基、硝基、噻吩基、苯基。优选的，所述P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料P3HT，聚咔唑类材料PCDTBT，苯并噻二唑类聚合物材料PffBT4T-2OD，二酮吡咯并吡咯类聚合物材料DT-PDPP2T-TT，萘并噻二唑类聚合物材料NT812，苯并二噻吩-并噻吩类聚合物材料PTB7-Th，噻吩并噻吩二酮类聚合物材料PBDB-T-SF，噻吩并噻二唑类聚合物材料PDDTT。
Figure GDA0002925193410000051
进一步地，所述N型层材料为富勒烯类电子受体材料(如PC71BM、PC61BM、ICBA等)、非富勒烯类电子受体材料(如ITIC、COi8DFIC、IEICO-4F、IEICO、Y6、N2200等)中的任意一种以上，或具有类似功能的材料。优选的，所述N型层材料为富勒烯类电子受体材料PC71BM、非富勒烯类电子受体材料ITIC、IEICO-4F、IEICO、COi8DFIC、Y6。
Figure GDA0002925193410000071
进一步地，所述正电极材料为氧化铟锡(ITO)、石墨烯、金属纳米线、高导3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐、纳米银浆、金属网格或碳纳米管，或具有类似功能的材料。优选的，所述正电极材料为氧化铟锡(ITO)。
进一步地，所述负电极材料为锂、镁、钙、锶、钡、铝、铜、金、银、铟中的任意一种或合金，或具有类似功能的材料。优选的，所述负电极材料为银。
进一步地，所述基底为玻璃、聚合物、陶瓷、金属中的任意一种或多种复合物，或具有类似功能的材料。优选的，所述基底为玻璃。
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将基底清洗、干燥；
步骤2：在所述基底表面制备正电极；
步骤3：在所述正电极上制备缓冲层(此步骤可省略)；
步骤4：在所述正电极或缓冲层上制备P型层；
步骤5：在所述P型层上制备N型层；
步骤6：在所述N型层上制备缓冲层(此步骤可省略)；
步骤7：在所述N型层或缓冲层上制备负电极。
所述各步骤的制备方式包括旋涂、喷涂、刮涂、丝网印刷、喷墨打印、水转印、电化学沉积、真空蒸发镀膜、电子束蒸发或磁控溅射中的任意一种或多种的组合使用。
优选的，步骤1包括：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
进一步的，步骤2包括：在玻璃基板上磁控溅射ITO，厚度为130～150nm。
进一步的，步骤3包括：在正电极ITO上旋涂水醇溶聚合物类材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，厚度为20～80nm，旋涂完毕后放在150℃的加热台上加热至少20min。
进一步的，步骤4包括：将聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1～1:10的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于PEDOT:PSS上，经紫外灯辐照2～20min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800～2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
进一步的，步骤5包括：将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于溶剂氯仿(CF)中，在P型层上经旋涂制得厚度为10～1000nm的干燥薄膜,作为N型层。
进一步的，步骤6包括：将水醇溶聚合物类材料PFN溶于溶剂甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为5～10nm的干燥薄膜，作为缓冲层。
进一步的，步骤7包括：将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到缓冲层表面，厚度为60～200nm。
以下列举本发明的制备方法：
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将基底清洗、干燥；
步骤2：在所述基底表面制备正电极；
步骤3：在所述正电极上制备缓冲层；
步骤4：在所述缓冲层上制备P型层；
步骤5：在所述P型层上制备N型层；
步骤6：在所述N型层上制备缓冲层；
步骤7：在所述缓冲层上制备负电极。
上述方法具体包括以下步骤：
(1)将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
(2)在玻璃基板上磁控溅射正电极ITO，厚度为130～150nm。
(3)在正电极ITO上旋涂水醇溶聚合物类材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，厚度为20～80nm，旋涂完毕后放在150℃的加热台上加热至少20min。
(4)将聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1～1:10的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于PEDOT:PSS上，经紫外灯辐照2～20min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800～2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
(5)将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于溶剂氯仿(CF)中，在P型层上经旋涂制得厚度为10～1000nm的干燥薄膜,作为N型层。
(6)将水醇溶聚合物类材料PFN溶于溶剂甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为5～10nm的干燥薄膜，作为缓冲层。
(7)将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到缓冲层表面，厚度为60～200nm。
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将基底清洗、干燥；
步骤2：在所述基底表面制备正电极；
步骤3：在所述正电极上制备P型层；
步骤4：在所述P型层上制备N型层；
步骤5：在所述N型层上制备缓冲层；
步骤6：在所述缓冲层上制备负电极。
上述方法包括以下步骤：
(1)将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
(2)在玻璃基板上磁控溅射正电极ITO，厚度为130～150nm。
(3)将聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物类材料S-FPA作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1～1:10的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照2～20min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料类NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800～2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
(4)将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于溶剂氯仿(CF)中，在P型层上经旋涂制得厚度为10～1000nm的干燥薄膜，作为N型层。
(5)将水醇溶聚合物类材料PFN溶于溶剂甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为5～10nm的干燥薄膜，作为缓冲层。
(6)将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到缓冲层表面，厚度为60～200nm。
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将基底清洗、干燥；
步骤2：在所述基底表面制备正电极；
步骤3：在所述正电极上制备缓冲层；
步骤4：在所述缓冲层上制备P型层；
步骤5：在所述P型层上制备N型层；
步骤6：在所述N型层上制备负电极。
上述方法包括以下步骤：
(1)将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
(2)在玻璃基板上磁控溅射正电极ITO，厚度为130～150nm。
(3)在正电极ITO上旋涂水醇溶聚合物类材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，厚度为20～80nm，旋涂完毕后放在150℃的加热台上加热至少20min。
(4)将聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物类材料S-FPA作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1～1:10的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于PEDOT:PSS上，经紫外灯辐照2～20min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为1000～2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层，最后将苯并二噻吩类材料PTB7-Th溶于邻-二甲苯(o-xy)溶剂中,在第二P型层上经旋涂得到厚度为100～500nm的干燥薄膜，作为第三P型层。
(5)将氯苯与正丁醇按3:1的体积比混合，作混合溶剂，将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为10～1000nm的干燥薄膜，作为N型层。
(6)将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到N型层表面，厚度为60～200nm。
一种自滤光窄光谱响应有机光探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将基底清洗、干燥；
步骤2：在所述基底表面制备正电极；
步骤3：在所述正电极上制备P型层；
步骤4：在所述P型层上制备N型层；
步骤5：在所述N型层上制备负电极。
上述方法包括以下步骤：
(1)将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
(2)在玻璃基板上磁控溅射正电极ITO，厚度为130～150nm。
(3)将聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物类材料S-FPA作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1～1:10的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照2～20min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为1000～2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层，最后将苯并二噻吩类材料PTB7-Th溶于邻-二甲苯(o-xy)溶剂中,在第二P型层上经旋涂得到厚度为100～500nm的干燥薄膜，作为第三P型层。
(4)将氯苯与正丁醇按3:1的体积比混合，作混合溶剂，将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为10～1000nm的干燥薄膜，作为N型层。
(5)将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到N型层表面，厚度为60～200nm。
上述方法中，所述各步骤的制备方式包括旋涂、喷涂、刮涂、丝网印刷、喷墨打印、水转印、电化学沉积、真空蒸发镀膜、电子束蒸发或磁控溅射中的任意一种或多种的组合使用，分层制备。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)相较于传统的将P型电子给体材料与N型电子受体材料共混的本体异质结活性层结构而言，本发明中的PN分层结构增强了对电荷传输及光场分布的可控性，通过简单地选取带隙匹配的P型和N型材料，便可实现探测光谱波段的自由选择和半峰宽的自由调节。
(2)本发明中的有机光探测器不同于传统的给受体共混本体异质结活性层结构，采用PN分层结构，可有效避免P型材料、N型材料与相反极性电极直接接触，可有效压制暗电流，提高探测率。
(3)现有的近似PN分层的器件结构，其实是将带隙不同的P型层材料共混起来，这使得不同的P型层材料都与N型层直接接触，无法有效操控光生激子分布，并且P型层和N型层材料之间的带隙关系也很不合理，其所用共混P型层材料的带隙皆窄于N型层材料，因而入射光子已完全被P型层吸收，只能利用深层的P型层材料产生激子，N型层材料只是作为激子分离界面而存在，不会对长波长的EQE产生贡献，这使其对光子和电荷的利用率较低，因而其在-4V的偏压下也只有3％的外量子效率(EQE)，更重要的是这种不合理的激子利用使其在可见光范围内仍有较高的EQE响应，即未能实现真正意义上的窄光谱响应功能，同时这种带隙关系的匹配使其无法通过N型层厚度的调节实现探测光谱波段和半峰宽的调节。本发明中的结构有机光探测器则与这种近似PN分层的器件结构完全不同，通过合理利用P型层材料与N型层材料的带隙关系以及控制各层在器件中的分布关系，主要利用N型层产生电荷，使外量子效率大幅增加，并且可以有效压制响应峰前面的探测光谱，实现真正意义上的窄响应探测功能。
(4)本发明中的结构有机光探测器，可以通过简单调节P型层与N型层的厚度实现探测光谱波段的自由选择和半峰宽的自由调节。
(5)本发明中的结构有机光探测器具有自滤光性，无需外加光学滤光器或额外技术手段即可实现窄带响应，结构简单，有效降低信号失真。
(6)本发明中的有机光探测器，其单一的器件结构可适用于几乎所有的有机光电材料，具有普适性。
附图说明
图1示出本发明实施例1、实施例8中有机光探测器结构示意图。
图2示出本发明实施例2-10及实施例13-15中有机光探测器结构示意图。
图3示出本发明实施例12中有机光探测器结构示意图。
图4示出本发明实施例11中有机光探测器结构示意图。
图5示出本发明实施例2中有机光探测器的外量子效率光谱曲线。
图6示出本发明实施例3中有机光探测器的外量子效率光谱曲线。
图7示出本发明实施例4中有机光探测器的外量子效率光谱曲线。
图8示出本发明实施例5中有机光探测器的标准化外量子效率光谱曲线。
图9示出本发明实施例6-8中有机光探测器的标准化外量子效率光谱曲线。
图10示出本发明实施例2中所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图。
图11示出本发明实施例3中所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图。
图12示出本发明实施例6中所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图。
图13示出本发明实施例7中所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为单层P型层结构，P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812，膜厚1200nm；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银。P型层材料NT812的带隙宽于N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，萘并噻二唑类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在正电极ITO上经旋涂制得厚度为1200nm的P型层。
步骤4：将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于氯仿(CF)溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：在N型层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
实施例2
重复实施例1，在其N型层4和负电极5之间增加缓冲层6，具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为单层P型层结构，P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm；P型层材料NT812的带隙宽于N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在正电极ITO上经旋涂制得不同厚度的P型层。
步骤4：将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于氯仿(CF)溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
对实施例2中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，其在无外加偏压下测试得到的外量子效率(EQE)光谱曲线如图5所示，所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图如图10所示，需要说明的是，本专利中所述材料带隙(Eg)与材料吸收边(λ)有如下对应关系：Eg＝1240/λ，所述材料吸收边(λ)为该材料吸收光谱曲线下降沿切线与x轴的交点。可以看到，当NT812薄膜的厚度为800nm时，其EQE响应主要出现在800～1000nm波段，同时在500～600nm波段伴有较弱响应。这是由于，800nm前的入射光绝大部分被P型层材料NT812吸收，而其膜厚足够厚，被这部分入射光激发所产生的激子在有限寿命内未能扩散给受体界面处，因而无法解离成自由电荷产生EQE响应；而长波长的入射光则可以穿透较长距离到达受体及毗邻受体的深层给体处，受这部分入射光激发产生的激子可以有效扩散到给受体界面并解离成自由电荷，因而在800～1000nm处出现较强的EQE响应。同时，由于P型层材料NT812在500～600nm的吸收系数较低，这部分入射光在该给体厚度条件下未能被给体完全过滤掉，而到达受体处并在该波段产生了较弱的EQE响应；而当NT812薄膜的厚度为1200nm时，其在500～600nm波段的EQE响应也可以被进一步压制。
实施例3
重复实施例2，另外增加一层P型层，组成多层P型层结构，具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层(3)为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812，膜厚800nm，其中第二P型层与N型层直接接触，第一P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm；第一P型层材料P3HT的带隙宽于第二P型层材料NT812和N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
步骤4：非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于氯仿(CF)溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
对实施例3中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，其在无外加偏压下测试得到的外量子效率(EQE)光谱曲线如图6所示，所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图如图11所示，相较于实施例2中800nmNT812作单层P型层而言，在增加一层P型层P3HT后，实施例3的EQE中500～600nm波段的响应被进一步压制，而800～1000nm波段的响应保持不变。这是由于，所述P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)吸收范围主要在400～600nm波段，这一波段的入射光被其吸收产生激子，但由于其未与N型层材料直接接触，激子不能进一步有效分离产生自由电荷，故该波段入射光被过滤掉而不产生光电响应，因而具有自滤光作用；所述交联剂氟化苯基叠氮化物(S-FPA)的作用是使主体材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)交联，使其不被后层所用溶剂洗掉或共混于NT812中，进一步避免了其与N型层材料的直接接触。
实施例4
重复实施例3，将其中缓冲层材料由PFN更换为金属氧化物类材料氧化锌(ZnO)，膜厚30nm。对实施例4中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，在不同外加偏压下测试得到的外量子效率(EQE)光谱曲线如图7所示，可以看到，其具有明显的光电倍增效果。
实施例5
重复实施例3，改变N型层材料IEICO-4F的厚度。对实施例5中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，在无外加偏压下测试得到的标准化外量子效率光谱曲线如图8所示，可以看到，本发明中自滤光窄光谱响应有机光探测器，可以通过调节N型材料层的厚度，实现探测光谱波段的自由选择。
实施例6
重复实施例3，将其N型层材料由IEICO-4F更换为非富勒烯类电子受体材料IEICO。对实施例6中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，其在无外加偏压下测试得到的标准化外量子效率光谱曲线如图9所示，所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图如图12所示。相较于实施例3而言，换用吸收边较实施例3进一步蓝移的N型层材料，可使探测光谱半峰宽进一步变窄。
实施例7
重复实施例3，将其N型层材料由IEICO-4F更换为非富勒烯类电子受体材料ITIC，同时将其第二P型层材料由NT812更换为噻吩并噻吩二酮类材料PBDB-T-SF。具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为噻吩并噻吩二酮类材料PBDB-T-SF，膜厚600nm，其中第二P型层与N型层直接接触，第一P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料ITIC，膜厚80nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm；第一P型层材料P3HT的带隙宽于第二P型层材料PBDB-T-SF和N型层材料ITIC。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将P型层材料PBDB-T-SF溶于溶剂邻二氯苯(o-DCB)中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为600nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
步骤4：将非富勒烯类电子受体材料ITIC溶于氯仿(CF)溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为80nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
对实施例7中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，其在无外加偏压下测试得到的标准化外量子效率(EQE)光谱曲线如图9所示，所用P型层材料与N型层材料的标准化吸收光谱图如图13所示，相较于实施例3而言，改变P型层材料和N型层材料，可以使探测光谱的波段随之移动。
实施例8
如图1所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT，膜厚2000nm，第三P型层材料为苯并二噻吩类材料PTB7-Th，膜厚100nm，其中第三P型层与N型层直接接触，第一P型层、第二P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；第一P型层材料P3HT的带隙宽于第三P型层材料PTB7-Th和N型层材料IEICO-4F，第二P型层材料DT-PDPP2T-TT的带隙宽于N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将P型层材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为2000nm的干燥薄膜，作为第二P型层，最后将P型层材料PTB7-Th溶于邻-二甲苯(o-xy)溶剂中,在第二P型层上经旋涂得到厚度为100nm的干燥薄膜，作为第三P型层。
步骤4：将氯苯与正丁醇按3:1的体积比混合，作混合溶剂，将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：在N型层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
对实施例8中制备的自滤光窄光谱响应有机光探测器进行相关性能测试，其在-1V偏压下测试得到的标准化外量子效率(EQE)光谱曲线如图9所示，相较于实施例3而言，换用带隙较实施例3进一步变窄的P型层材料，可使探测光谱半峰宽进一步变窄。
实施例9
重复实施例8，在其N型层4和负电极5之间增加缓冲层6，同时将其N型层材料由IEICO-4F更换为富勒烯类电子受体材料PC71BM，将其第三P型层材料由PTB7-Th更换为噻吩并噻二唑类材料PDDTT。具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT，膜厚1400nm，第三P型层材料为噻吩并噻二唑类材料PDDTT，膜厚200nm，其中第三P型层与N型层直接接触，第一P型层、第二P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为富勒烯类电子受体材料PC71BM，膜厚60nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm。第一P型层材料P3HT和第二P型层材料DT-PDPP2T-TT的带隙都宽于第三P型层材料PDDTT。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将P型层材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为1400nm的干燥薄膜，作为第二P型层，最后将P型层材料PDDTT溶于氯苯(CB)溶剂中,在第二P型层上经旋涂得到厚度为200nm的干燥薄膜，作为第三P型层。
步骤4：将氯苯与正丁醇按4:1的体积比混合，作混合溶剂，将富勒烯类电子受体材料PC71BM溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为60nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
实施例10
重复实施例3，新增一些P型层，组成多层P型层结构，具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚100nm，第二P型层材料为氟代苯并噻二唑类材料PffBT4T-2OD，膜厚50nm；第三P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812，膜厚50nm，第四P型层材料为二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT，膜厚3500nm，第五P型层材料为噻吩并噻吩二酮类材料PBDB-T-SF，膜厚50nm；第六P型层材料为苯并二噻吩类材料PTB7-Th，膜厚50nm。其中第六P型层与N型层直接接触，第一至第五P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm；第一至第五P型层材料的带隙都宽于N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为100nm的干燥薄膜，作为第一P型层，将P型层材料PffBT4T-2OD溶于溶剂邻二氯苯(o-DCB)中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为50nm的干燥薄膜，作为第二P型层，将P型层材料NT812溶于溶剂氯苯(CB)中，在第二P型层上经旋涂得到厚度为50nm的干燥薄膜，作为第三P型层，将P型层材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第三P型层上经旋涂得到厚度为3500nm的干燥薄膜，作为第四P型层，将P型层材料PBDB-T-SF溶于溶剂邻二氯苯(o-DCB)中，在第四P型层上经旋涂得到厚度为50nm的干燥薄膜，作为第五P型层，将P型层材料PTB7-Th溶于邻-二甲苯(o-xy)溶剂中,在第五P型层上经旋涂得到厚度为50nm的干燥薄膜，作为第六P型层。
步骤4：将氯苯与正丁醇按3:1的体积比混合，作混合溶剂，将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
实施例11
重复实施例3，在其正电极2和P型层3之间增加缓冲层6，具体如下：如图4所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、缓冲层6、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812，膜厚800nm，其中第二P型层与N型层直接接触，第一P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述正电极2与P型层3之间的缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料PEDOT:PSS，膜厚40nm；N型层4与负电极5之间的缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料PFN，膜厚8nm。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：在玻璃基板上磁控溅射正电极ITO，厚度为150nm。
步骤3：在正电极ITO上旋涂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，厚度为40nm，旋涂完毕后放在150℃的加热台上加热至少20min。
步骤4：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于PEDOT:PSS上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为100～2000nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
步骤5：将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于溶剂氯仿(CF)中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的干燥薄膜,作为N型层。
步骤6：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于溶剂甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的干燥薄膜，作为缓冲层。
步骤7：将金属电极Ag通过热蒸镀的方式在真空度为1×10-6mbar条件下蒸发沉积到缓冲层表面，厚度为60～200nm。
实施例12
重复实施例8，在其正电极2和P型层3之间增加缓冲层6，具体如下：如图3所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、缓冲层6、P型层3、N型层4和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层材料为聚噻吩及其衍生物类材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)，膜厚150nm，第二P型层材料为二酮吡咯并吡咯类材料DT-PDPP2T-TT，膜厚1400nm，第三P型层材料为苯并二噻吩类材料PTB7-Th，膜厚200nm，其中第三P型层与N型层直接接触，第一P型层、第二P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述正电极2与P型层3之间的缓冲层6为水醇溶聚合物类材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，膜厚40nm。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：在正电极ITO上旋涂聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，厚度为40nm，旋涂完毕后放在150℃的加热台上加热至少20min。
步骤4：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将P型层材料DT-PDPP2T-TT溶于氯仿(CF)溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为1400nm的干燥薄膜，作为第二P型层，最后将P型层材料PTB7-Th溶于邻-二甲苯(o-xy)溶剂中,在第二P型层上经旋涂得到厚度为200nm的干燥薄膜，作为第三P型层。
步骤5：将氯苯与正丁醇按3:1的体积比混合，作混合溶剂，将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于所述混合溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤6：在N型层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
实施例13
重复实施例3，在其第一P型层内混入另外一种P型层材料：聚咔唑类材料聚(2,7-咔唑)(PCDTBT)，将这两种P型层材料构成的共混薄膜作为新的第一P型层，具体如下：如图2所示，自滤光窄光谱响应有机光探测器，其器件结构依次包括基底1、正电极2、P型层3、N型层4、缓冲层6和负电极5。
所述基底1为玻璃；所述正电极2为氧化铟锡(ITO)；所述P型层3为多层P型层结构，第一P型层由P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)与P型层材料聚(2,7-咔唑)(PCDTBT)共混构成，膜厚150nm，第二P型层材料为萘并噻二唑类材料NT812，膜厚800nm，其中第二P型层与N型层直接接触，第一P型层不与N型层直接接触；所述N型层4材料为非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F，膜厚150nm；所述负电极5为银；所述缓冲层6材料为水醇溶聚合物类材料[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)，膜厚8nm；第一P型层中的P型层材料P3HT、PCDTBT的带隙都宽于第二P型层材料NT812和N型层材料IEICO-4F。
上述有机光探测器制备方法包括以下步骤：
步骤1：将玻璃基底依次用丙酮、微米级半导体专用洗涤剂、去离子水、异丙醇超声清洗，干燥氮气吹干后备用。
步骤2：采用磁控溅射方法，在基材上制备正电极ITO，厚度150nm。
步骤3：将P型层材料聚(3-己基噻吩)(P3HT)与P型层材料聚(2,7-咔唑)(PCDTBT)按照1:1的质量比混合，共同作为主体材料，将氟化苯基叠氮化物(S-FPA)作为交联剂，将所述主体材料与所述交联剂按照10:1的质量比进行混合，溶于氯苯(CB)中，制备成混合溶液，将混合溶液旋涂于ITO上，经紫外灯辐照6min，后经溶剂清洗得到厚度为150nm的干燥薄膜，作为第一P型层，而后将氯苯(CB)与邻二氯苯(o-DCB)按1:1的体积比混合，作混合溶剂，将萘并噻二唑类材料NT812溶于所述混合溶剂中，在第一P型层上经旋涂得到厚度为800nm的干燥薄膜，作为第二P型层。
步骤4：将非富勒烯类电子受体材料IEICO-4F溶于氯仿(CF)溶剂中，在P型层上经旋涂制得厚度为150nm的N型层。
步骤5：将[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)溶于甲醇中，在N型层上经旋涂制得厚度为8nm的缓冲层。
步骤6：在缓冲层上真空热蒸镀厚度为100nm的银作负电极。
实施例14
重复实施例3，将其N型层材料由IEICO-4F更换为非富勒烯类电子受体材料COi8DFIC。
实施例15
重复实施例7，将其N型层材料由ITIC更换为非富勒烯类电子受体材料Y6。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，其器件结构依次包括基底(1)、正电极(2)、P型层(3)、N型层(4)和负电极(5)，所述P型层为单层P型层结构或多层P型层结构；当所述P型层为单层P型层结构时，P型层材料的带隙宽于N型层材料；当所述P型层为多层P型层结构时，在所述多层P型层结构中，不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于N型层材料、不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料、或不与N型层直接接触的P型层材料中至少有一种P型层材料的带隙宽于直接与N型层接触的P型层材料且宽于N型层材料。
2.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述正电极(2)与P型层(3)之间、所述N型层(4)与负电极(5)之间单独或同时设置有缓冲层(6)，所述缓冲层材料为水醇溶类界面材料；所述水醇溶类界面材料为3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN)、溴代-[9,9-二辛基芴-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PFN-Br)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-胺基)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N)、聚{2,7-[9,9'-双(N,N-二甲基丙基-3-乙基溴化铵)芴]-交替-5,5'-[2,6-(双-2-噻吩基)-N,N'-二异辛基-1,4,5,8-萘并酰亚胺]}(PNDI-F3N-Br)、聚乙氧基乙烯亚胺(PEIE))、水醇溶富勒烯衍生物材料(如N,N'-二乙基-5-苯基-5-[(6,6')-C71-戊基]-1-胺、双-[6,6]-苯基-C61-戊基磷酸二乙酯)、有机N型材料(如2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)、苯并[1,2-a:4,5-a']二唑嗪-3,3'-(9,9-二辛基-9H-芴-2,7-二基)双[6,7,14,15-四基]氯盐)、金属氧化物类材料(如氧化钼(MoO3)、氧化镍(NiO)、氧化锌(ZnO)、氧化铜(CuO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌镁(MZO)、氧化锌铝(AZO)中的任意一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述P型层材料为含有下列共轭结构的共轭聚合物或共轭小分子材料。
Figure FDA0002925193400000021
4.根据权利要求3所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，R1-R6为具有1～40个碳原子的直链、支链或者环状烷基链，其中一个或多个碳原子被氧原子、烯基、炔基、芳基、羟基、氨基、羰基、羧基、酯基、氰基或硝基取代，氢原子被氟原子、氯原子、溴原子、碘原子取代。
5.根据权利要求3所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，R1-R6为取代基，包括氢原子、氟原子、氯原子、氰基、硝基、噻吩基或苯基。
6.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述N型层材料为富勒烯类电子受体材料或非富勒烯类电子受体材料；所述富勒烯类电子受体材料包括PC71BM、PC61BM、ICBA中的任意一种以上；所述非富勒烯类电子受体材料包括ITIC、COi8DFIC、IEICO-4F、IEICO、Y6、N2200中的任意一种以上；
Figure FDA0002925193400000041
7.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述正电极材料为氧化铟锡(ITO)、石墨烯、金属纳米线、高导3,4-乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐、纳米银浆、金属网格或碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述负电极材料为锂、镁、钙、锶、钡、铝、铜、金、银、铟中的任意一种以上。
9.根据权利要求1所述的一种自滤光窄光谱响应有机光探测器，其特征在于，所述基底为玻璃、聚合物、陶瓷、金属中的任意一种或多种复合物。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021118171A1 (ko) * 2019-12-10 2021-06-17 경상국립대학교산학협력단 (아릴옥시)알킬기가 치환된 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자
KR102446165B1 (ko) * 2019-12-10 2022-09-23 경상국립대학교산학협력단 (아릴옥시)알킬기가 치환된 화합물 및 이를 이용하는 유기 전자 소자
CN111682110B (zh) * 2020-05-13 2022-04-22 华南理工大学 一种含非富勒烯受体的近红外光谱响应聚合物光探测器件
CN112635676B (zh) * 2020-12-21 2023-12-19 广州光达创新科技有限公司 一种可见盲近红外窄带有机光电探测器
CN113540356B (zh) * 2021-06-08 2024-04-05 中国科学院大学 一种对于近红外光具有高探测率的自驱动有机光电探测器
CN113972322B (zh) * 2021-09-29 2023-06-23 华南理工大学 一种高灵敏度自滤光多波段窄谱带响应有机光电探测器
CN117279465A (zh) * 2023-11-20 2023-12-22 浙江晶科能源有限公司 钙钛矿电池的制备方法、钙钛矿电池及钙钛矿叠层电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205564748U (zh) * 2016-03-22 2016-09-07 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种红斑响应探测器
CN108258121A (zh) * 2018-01-15 2018-07-06 苏州大学 有机无机复合自驱动光电探测器及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210130847A (ko) * 2006-02-10 2021-11-01 유니버셜 디스플레이 코포레이션 시클로금속화 이미다조[1,2-ｆ]페난트리딘 및 디이미다조[1,2-ａ:1',2'-ｃ]퀴나졸린 리간드, 및 이의 등전자성 및 벤즈고리화된 유사체의 금속 착체
DE102007009995A1 (de) * 2007-03-01 2008-09-04 Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh Organische Solarzelle
US10651409B2 (en) * 2012-07-20 2020-05-12 Nutech Ventures Narrowband nanocomposite photodetector
CN105655491B (zh) * 2016-03-29 2018-12-07 上海大学 具有激子阻挡及太阳光增敏的一体式空穴传输层的有机太阳能电池及其制备方法
CN107591484B (zh) * 2017-09-01 2019-09-24 北京交通大学 一种兼具窄带及宽带光探测能力的倍增型有机光电探测器
CN108807688A (zh) * 2018-06-14 2018-11-13 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种长寿命的宽带倍增型有机光电探测器及制备方法
CN109786560B (zh) * 2019-01-15 2023-02-03 苏州大学 基于光活性层与光学调控层协同效应的半透明有机太阳能电池及其应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN205564748U (zh) * 2016-03-22 2016-09-07 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种红斑响应探测器
CN108258121A (zh) * 2018-01-15 2018-07-06 苏州大学 有机无机复合自驱动光电探测器及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Rational Design of Junction Structure to Realize NIR-Selective Narrowband Organic Thin-Film Photodiode;Juhee Kim;《Journal of Materials Chemical C》;20190320;正文第2页左栏以及附图2 *

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