CN112313814A - 有机光检测器 - Google Patents

有机光检测器 Download PDF

Info

Publication number
CN112313814A
CN112313814A CN201980039893.1A CN201980039893A CN112313814A CN 112313814 A CN112313814 A CN 112313814A CN 201980039893 A CN201980039893 A CN 201980039893A CN 112313814 A CN112313814 A CN 112313814A
Authority
CN
China
Prior art keywords
organic
organic photodetector
independently
photodetector
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980039893.1A
Other languages
English (en)
Inventor
N·雅可比-格罗斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sumitomo Chemical Co Ltd
Publication of CN112313814A publication Critical patent/CN112313814A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/151—Copolymers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D333/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom
    • C07D333/50—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D333/78—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one sulfur atom as the only ring hetero atom condensed with carbocyclic rings or ring systems condensed with rings other than six-membered or with ring systems containing such rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/626—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/655—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6576—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

一种有机光检测器，其包括：阳极；阴极；以及在阳极和阴极之间的光敏有机层，其中所述光敏有机层包含电子施主材料和式(I)的电子受主化合物：R11和R12可以是例如C1‑20烷基及其衍生物或者芳族或芳族或杂芳族基团。R13‑R16可以是例如H、F和C1‑20烷基及其衍生物。R20‑R23在每次出现时独立地选自H、C1‑20烷基和吸电子基团。每个X独立地为O、S、Se或Te。

Description

有机光检测器
技术领域
本公开涉及光活性化合物以及它们在有机电子器件特别是有机光检测器(photodetector)中的用途。
背景技术
包含有机半导体材料的一系列有机电子器件是已知的，包括有机发光器件、有机场效应晶体管、有机光伏(太阳能电池)器件和有机光检测器(OPD)。
Cheng等人，“Next-generation organic photovoltaics based on non-fullerene acceptors”，Nat.Photonics，2018，12，131-142公开了用于太阳能电池的非富勒烯受主。
Yao等人，“Design and Synthesis of a Low Bandgap Small MoleculeAcceptor for Efficient Polymer Solar Cells”，Adv.Mater.,2016,28,8283-8287公开了用于太阳能电池的非富勒烯受主IEICO。
OPD的缺点是存在暗电流，即在没有任何光子入射到器件上时流过器件的电流，这可能影响器件的检测极限。
因此本发明的目的是提供一种具有低暗电流的OPD。
本发明的另一目的是提供一种具有低暗电流和良好的外部量子效率(EQE)的OPD。
发明内容
下面阐述本文公开的某些实施方案的方面的概述。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些某些实施方案的简要概述，并且这些方面并不意图限制本公开的范围。实际上，本公开可以涵盖可能未阐述的多个方面和/或方面的组合。
在许多OPD中，暗电流(对于在没有任何光子入射到OPD上时流过OPD的电流所使用的术语)会影响OPD的光子检测极限。
OPD的设计考虑不同于太阳能电池(例如有机光伏OPV)的设计考虑。尽管高功率转换效率对太阳能电池可能是重要的，但光检测器设计中的一个关键要点是降低暗电流。通过减小暗电流，可以提高比检测率。优选地，减小暗电流而不损害器件的响应度和/或EQE。另外，在大多数太阳辐照所处的波长下(例如λ＜900nm)太阳能电池通常需要相对较宽的光谱响应。另一方面，光检测器可以在特定或相对较窄的光谱带中工作，这可取决于具体的应用。例如，本文所述的OPD可适合于检测电磁光谱的NIR区域中的光，其中来自太阳的辐照被耗尽(例如，＞900或＞940nm)。
本发明人已经发现了一类受主化合物，当用作OPD中的受主化合物时，与富勒烯受主PCBM相比，这些受主化合物可以提供低的暗电流。
发明人惊奇地发现，当用作OPD中的受主化合物时，这些受主化合物跨宽的波长范围提供大于40％的EQE。
本发明人还发现，这类受主化合物可适合于检测近红外区域中的光，特别是约900-1000nm的波长。例如，已显示包含该受主化合物的OPD在约900nm至950nm之间的波长下表现出大于40％的EQE。在约940nm下，阳光被大气水分吸收，因此可以在不遮挡阳光的情况下在光源-OPD检测器设置中使用此类受主化合物来检测波长在此范围内的光。由于在这些波长下阳光在大气中的吸收，因此根据本公开的受主化合物可能不适用于OPV。
根据一些实施方案，提供了一种有机光检测器，其包括：阳极；阴极；以及在阳极和阴极之间的光敏有机层，其中所述光敏有机层包含电子施主材料和受主化合物。
在一些实施方案中，受主化合物是式(I)的化合物：
Figure BDA0002833443160000031
其中：
每个R11和R12独立地选自：
-C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换；一个或多个H原子可以被F替换；并且末端C原子可以被Ar2替换，其中Ar2是未取代或取代的芳族或杂芳族基团；
和
-式(Ar1)n的基团，其中Ar1在每次出现时独立地是未取代或取代有一个或多个取代基的芳族或杂芳族基团，且n为至少1；
R13-R16在每次出现时独立地选自H、F和C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换；并且一个或多个H原子可以被F替换；
R20-R23在每次出现时独立地选自H、C1-20烷基和吸电子基团；和
每个X独立地为O、S、Se或Te。
本文所用的烷基的“非末端C原子”是指除正烷基的甲基碳原子或支化烷基的甲基碳原子以外的碳原子。
本文所用的“吸电子基团”是指具有正的对位取代基Hammett常数的基团。具有正的对位取代基Hammett常数的示例性基团是选自F、Cl、Br、I的卤素或CN、NO2、CF3和C1-12氟烷基。
本发明人已发现，与含有富勒烯受主的光敏层相比，使用式(I)的化合物可以提供通过溶液沉积法形成的光敏层的改善的均匀性。
在一些实施方案中，提供了一种形成有机光检测器的方法，该方法包括在阳极和阴极之一上方形成有机光敏层，以及在有机光敏层上方形成阳极和阴极中的另一个，其中形成有机光敏层包括：沉积包含溶解或分散在一种或多种溶剂中的电子施主材料和式(I)的电子受主化合物的制剂，和蒸发所述一种或多种溶剂。
在一些实施方案中，提供了一种包括光源和有机光检测器的传感器，其中该有机光检测器被配置为接收来自所述光源的光。
在一些实施方案中，提供了一种检测光的方法，该方法包括测量由入射在有机光检测器上的光产生的光电流。
在一些实施方案中，提供了式(I)的化合物在有机光检测器的光敏层中的用途。
附图说明
结合附图描述本公开。要强调的是，根据行业中的标准实践，各个特征未按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各个特征的尺寸可以任意增加或减小。
在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后加上破折号和第二标记来区分相同类型的各种部件，所述破折号和第二标记在相似部件之间进行区分。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同的第一附图标记的类似部件中的任一个，而与第二附图标记无关。
图1示出了根据一些实施方案的有机光检测器；
图2是根据一个实施方案的器件和比较器件的EQE与波长的关系图；和
图3是根据一个实施方案的器件和比较器件的在黑暗条件下的电流密度与施加电压的关系图。
附图未按比例绘制并且具有各种视角和角度。附图是一些实施方式和示例。另外，出于讨论所公开技术的一些实施方案的目的，一些部件和/或操作可以被分成不同的块或结合成单个块。此外，尽管该技术可以进行各种修改和替代形式，但是在附图中通过示例的方式示出了具体的实施方案，并且在下面对所述具体实施方案进行详细描述。然而，并不意图将技术限于所描述的特定实施方式。相反，该技术旨在覆盖落入由所附权利要求书限定的技术范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
详细描述
除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应被解释为包含性意义，而不是排他性或穷举性含义；也就是说，为“包括但不限于”的意义。本文中所使用的术语“连接”、“偶联”或其任何变体是指两个或更多个元件之间的任何连接或偶联，无论是直接还是间接的；元件之间的偶联或连接可以是物理的、逻辑的、电磁的或其组合。另外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“上文”，“下文”和类似含义的词语是指本申请整体，而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，详细描述中的使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。涉及两个或更多个项目的列表中的词语“或”涵盖该单词的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中项目的任何组合。
本文提供的技术的教导可以应用于其它系统，不一定是下面描述的系统。可以将下面描述的各个实施例的要素和动作进行组合以提供该技术的其它实施方式。该技术的一些替代实施方式不仅可以包括下文提到的那些实施方式的额外要素，而且可以包括更少的要素。
可以根据以下详细描述对该技术进行这些和其它改变。尽管说明书描述了该技术的某些实施例，并且描述了所考虑的最佳模式，但是无论该描述有多么详细，该技术都可以按许多方式来实践。该系统的细节在其具体实施方式中可能显著变化，而仍被本文公开的技术所涵盖。如上文所述，在描述该技术的某些特征或方面时使用的特定术语不应被认为暗示该术语在本文中被重新定义为限于与该术语相关联的技术的任何具体的特性、特征或方面。通常，不应将以下权利要求书中使用的术语解释为将该技术限制为说明书中公开的具体实例，除非详细描述章节明确定义了这些术语。因此，该技术的实际范围不仅涵盖所公开的实例，而且还包括实践或实施权利要求书下的技术的所有等效方式。
为了减少权利要求的数目，以下以某些权利要求的形式呈现该技术的某些方面，但是申请人以任何数目的权利要求形式设想该技术的各个方面。例如，虽然该技术的一些方面可以被陈述为计算机可读介质权利要求，但是其它方面可以同样地体现为计算机可读介质权利要求，或者以其它形式体现，例如体现为装置加功能的权利要求。
在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对所公开技术的实施方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将清楚可以在没有这些具体细节中的一些的情况下实践所公开技术的实施方案。
图1示出了根据本公开一些实施方案的OPD。该OPD包含由基底101支承的阴极103，阳极107以及设置在阳极和阴极之间的本体异质结层105，该本体异质结层105包含电子受主和电子施主的混合物。任选地，该本体异质结层由电子受主和电子施主组成。在图1所示的实施方案中，OPD包含调节阴极103功函数的材料层106。在其它实施方案中，该层可以存在或可以不存在。
OPD可以包含图1中未显示的其它层。例如，该器件可以包含位于阳极107和异质结层105之间的空穴传输层(HTL)。
在其它实施方案中，阳极可以在基底和本体异质结层和阴极之间。
在使用中，如本公开中所描述的光检测器可以连接到向该器件施加反向偏压的电压源以及配置为测量光电流的器件。
在一些实施方案中，该光检测器是包含多个光检测器的系统的一部分。例如，该光检测器可以是照相机的图像传感器中的阵列的一部分。
施加到光检测器的电压可以变化。
在一些实施方案中，在使用时该光检测器可以被连续地偏置。
传感器可以包括光源以及如本文所述的OPD，其中该OPD被配置为接收从光源发射的光。在一些实施方案中，来自光源的光在到达光源之前可以改变或可以不改变。例如，在到达光源之前所述光可以被过滤、降频转换或升频转换。优选地，传感器被配置为检测具有在约900-1000nm(任选约920-960nm)范围内的波长的光。
发明人还惊奇地发现，当本文所述的受主化合物用于OPD中时，它们可适用于检测较长波长的应用，特别是大于900nm的波长。
优选地，本文所述的电子受主化合物不包含富勒烯基团，并且在下文中被描述为“非富勒烯受主”。
包含受主化合物的OPD跨宽的波长谱可以具有至少约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％的EQE。优选地，在约350nm和950nm之间的波长下，EQE大于约40％。可以按照实施例1中所述器件来测量EQE。
发明人惊奇地发现，与含有富勒烯化合物作为受主的OPD相比，将相对于富勒烯衍生物而言具有深LUMO能级的受主化合物纳入OPD能够减小暗电流。
在一些实施方案中，包含本文所述的非富勒烯受主的OPD产生的暗电流比富勒烯衍生物C60PCBM小至少十倍。
在一些实施方案中，受主化合物是式(I)的化合物：
Figure BDA0002833443160000071
其中：
每个R11和R12独立地选自：
-C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换；一个或多个H原子可以被F替换；并且末端C原子可以被Ar2替换，其中Ar2是未取代或取代的芳族或杂芳族基团；
和
-式(Ar1)n的基团，其中Ar1在每次出现时独立地是未取代或取代有一个或多个取代基的芳族或杂芳族基团，且n为至少1；
R13-R16在每次出现时独立地选自H、F和C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换，并且一个或多个H原子可以被F替换；
R20-R23在每次出现时独立地选自H、C1-20烷基和吸电子基团；和
每个X独立地为O、S、Se或Te。
Ar1可以是单环或稠合的芳族基团。Ar1可以选自C6-20芳族基团和5-20元杂芳族基团。在一些优选实施方案中，Ar1是苯基或噻吩，更优选为苯基。
n优选为1、2或3，更优选为1。
Ar2可以是单环或稠合芳族基团。Ar1可以选自C6-20芳族基团和5-20元杂芳族基团。在一些优选实施方案中，Ar1为苯基或噻吩，更优选为苯基。
每个Ar1和Ar2独立地是未取代的或取代有一个或多个取代基。Ar1的取代基可以选自取代基R1，其中R1在每次出现时均独立地选自F、CN、NO2和C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换。C1-20烷基是优选的R1基团。
优选地，R11和R12各自为烃基。
R11和R12独立地在每次出现时优选地选自C1-20烷基、未取代的苯基和取代有一个或多个R1基团的苯基。
R13在每次出现时优选地选自H、C1-20烷基和C1-19烷氧基。任选地，结合至相同环的两个R13基团中的一个为H并且另一个R13基团选自C1-20烷基和C1-19烷氧基。
优选地，至少一个R14，更优选地每个R14为H。
优选地，至少一个R15，更优选地每个R15为H。
优选地，至少一个R16，更优选地每个R16为H。
R20-R23独立地优选为H或F。在优选的实施方案中，R20-R23中的至少一个或至少两个为F。
每个X优选为S。
优选地，式(I)的化合物具有通过方波伏安法测量的3.85eV或更深的LUMO。本文所用的“更深”是指更远离真空能级。
优选地，式(I)的化合物的HOMO-LUMO带隙小于1.5eV。
式(I)的示例性化合物为：
Figure BDA0002833443160000091
施主化合物(p型)没有特别限制，并且可以适当地选自本领域技术人员已知的给电子材料，包括有机聚合物、低聚物和小分子。
施主化合物可以是半导体聚合物。
在优选的实施方案中，该p型施主化合物包含有机共轭聚合物，其可以是均聚物或共聚物，包括交替、无规或嵌段的共聚物。优选的是非结晶或半结晶的共轭有机聚合物。进一步优选地，该p型有机半导体是具有低带隙的共轭有机聚合物，所述带隙典型在2.5eV和1.5eV之间，优选在2.3eV和1.8eV之间。作为示例性的p型施主聚合物，可以提及选自共轭的烃或杂环聚合物的聚合物，包括多并苯、聚苯胺，聚薁、聚苯并呋喃、聚芴、聚呋喃、聚茚并芴、聚吲哚、聚亚苯基，聚吡唑啉、聚芘、聚哒嗪、聚吡啶、聚三芳基胺、聚(亚苯基亚乙烯基)、聚(3-取代噻吩)、聚(3,4-二取代噻吩)、聚硒吩、聚(3-取代硒吩)、聚(3,4-二取代硒吩)、聚(二噻吩)、聚(三噻吩)、聚(二硒吩)、聚(三硒吩)、聚噻吩并[2,3-b]噻吩、聚噻吩并[3,2-b]噻吩、聚苯并噻吩、聚苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩、聚异硫茚、聚(单取代的吡咯)、聚(3,4-二取代的吡咯)、聚-1,3,4-噁二唑、聚异硫茚、其衍生物和共聚物。p型施主的优选实例是：聚芴和聚噻吩(它们各自可以被取代)的共聚物，以及包含基于苯并噻二唑的重复单元和基于噻吩的重复单元(它们各自可以被取代)的聚合物。应当理解的是，该p型施主也可以由多种给电子材料的混合物组成。
在一些实施方案中，施主化合物与受主化合物的重量比为约1:0.5至约1:2。
优选地，施主化合物与受主化合物的重量比为约1：1或约1：1.5。
第一电极和第二电极中的至少一个是透明的，使得入射在器件上的光可以到达本体异质结层。在一些实施方案中，第一电极和第二电极都是透明的。
每个透明电极对300-900nm范围内的波长优选具有至少70％，任选至少80％的透射率。
在一些实施方案中，一个电极是透明的，而另一电极是反射的。
任选地，透明电极包含透明导电氧化物的层或由其组成，优选为氧化铟锡或氧化铟锌。在优选的实施方案中，该电极可包含聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)。在其它优选实施方案中，该电极可包含PEDOT和聚苯乙烯磺酸盐(PSS)的混合物。该电极可由PEDOT:PSS的层组成。
任选地，反射电极可以包含反射金属层。该反射材料层可以是铝或银或金。在一些实施方案中，可以使用双层电极。例如，该电极可以是氧化铟锡(ITO)/银双层，ITO/铝双层或ITO/金双层。
可以通过如下方式形成器件：在由基底支承的阳极和阴极之一上方形成本体异质结层，并且在本体异质结层上方沉积阳极或阴极中的另一个。
OPD的面积可以小于约3cm2，小于约2cm2，小于约1cm2，小于约0.75cm2，小于约0.5cm2或小于约0.25cm2。该基底可以是(不限于)玻璃或塑料基底。可以将基底描述为无机半导体。在一些实施方案中，基底可以是硅。例如，基底可以是硅晶片。如果在使用中入射光要透射穿过基底和由基底支承的电极，则基底是透明的。
如果在使用中入射光要透射穿过阳极和阴极中的另一个，则支承阳极和阴极之一的基底可以是透明的或可以不是透明的。
本体异质结层可以通过任何工艺形成，包括但不限于热蒸发和溶液沉积方法。
优选地，通过沉积包含溶解或分散在溶剂或两种以上溶剂的混合物中的受主材料和电子施主材料的制剂来形成本体异质结层。该制剂可以通过任何涂覆或印刷方法来沉积，包括但不限于：旋涂、浸涂、辊涂、喷涂、刮刀涂布、线棒涂布、狭缝涂布、喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷和柔性版印刷。
制剂中的一种或多种溶剂可任选地包含苯或由苯组成，所述苯取代有选自氯、C1-10烷基和C1-10烷氧基的一个或多个取代基，其中两个或更多个取代基可连接形成环，所述环可以是未取代的或取代有一个或多个C1-6烷基，任选为甲苯、二甲苯、三甲基苯、四甲基苯、苯甲醚、茚满及其烷基取代的衍生物，以及四氢化萘及其烷基取代的衍生物。
所述制剂可包含两种或更多种溶剂的混合物，优选为包含如下的混合物：如上所述的取代有一个或多个取代基的至少一种苯，和一种或多种其它溶剂。所述一种或多种其它溶剂可以选自酯，任选为烷基或芳基羧酸的烷基酯或芳基酯，任选为C1-10烷基苯甲酸酯，苯甲酸苄基酯或二甲氧基苯。在优选的实施方案中，将三甲基苯和苯甲酸苄基基酯的混合物用作溶剂。在其它优选实施方案中，将三甲基苯和二甲氧基苯的混合物用作溶剂。
除了电子受主、电子施主和一种或多种溶剂之外，该制剂还可包含其它组分。作为这样的组分的实例，可以提及：粘合剂，消泡剂，脱气剂，粘度增强剂，稀释剂，助剂，流动改进剂，着色剂，染料或颜料，敏化剂，稳定剂，纳米颗粒，表面活性化合物，润滑剂，润湿剂，分散剂和抑制剂。
本文所述的有机光检测器可用于广泛的应用中，包括但不限于检测环境光的存在和/或亮度，以及用于包含有机光检测器和光源的传感器中。可以配置所述光检测器使得从光源发射的光入射在该光检测器上，并且可以检测光的波长和/或亮度的变化。所述传感器可以是但不限于气体传感器、生物传感器、X射线成像器件、运动传感器(例如用于安全应用)、接近传感器或指纹传感器。该光检测器可以形成图像传感器中的1D或2D阵列的一部分。例如，该光检测器可以是照相机图像传感器中的光检测器阵列的一部分。
实施例
材料
使用施主聚合物1和富勒烯C60PCBM或IEICO-4F作为受主形成器件。
施主聚合物1具有以下结构：
Figure BDA0002833443160000121
LUMO测量
本文所报道的LUMO能级是在室温下在溶液中使用方波伏安法(SWV)测定的。在方波伏安法中，测量工作电极处的电流，同时使工作电极和参比电极之间的电位随时间线性扫描。将正向脉冲和反向脉冲之间的差值电流作为电位的函数绘图从而产生伏安图。通过SWV测量HOMO或LUMO能级的设备可包含电池(cell)，该电池含有在乙腈中的叔丁基高氯酸铵或叔丁基六氟磷酸铵；玻璃碳工作电极；铂对电极和无泄漏Ag/AgCl参比电极。
为了计算的目的，在实验结束时将二茂铁直接加入到已有电池中，其中使用循环伏安法(CV)确定二茂铁相对于Ag/AgCl的氧化和还原的电位。
使用CHI 660D恒电位仪通过方波伏安法测量受主化合物的LUMO，具有3mm直径的玻璃碳工作电极，无泄漏Ag/AgCl参比电极，Pt丝辅助电极或对电极以及在乙腈中的0.1M六氟磷酸四丁铵。
将样品溶解在甲苯(3mg/ml)中并以3000rpm直接旋涂到玻璃碳工作电极上。
LUMO＝4.8-E二茂铁(峰到峰的平均值)-E样品还原(峰最大值)
HOMO＝4.8-E二茂铁(峰到峰的平均值)+E样品氧化(峰最大值)
可以如下进行方波伏安法实验：15Hz的频率；25mV的幅度和0.004V的增量步长。从3个新旋涂的薄膜样品计算HOMO和LUMO数据的结果。
所有实验均在氩气吹扫下进行。
C60PCBM具有3.81eV的LUMO能级
IEICO-4F具有3.91eV的LUMO能级。
比较器件1
制备具有以下结构的器件：
阴极/施主:受主层/阳极
用聚乙烯亚胺(PEIE)处理涂有氧化铟锡(ITO)图案化层的玻璃基底，以改变ITO的功函数。
通过棒涂从施主:受主质量比为1:2的1,2,4-三甲基苯：1,2-二甲氧基苯溶剂混合物在改性ITO层上方沉积施主聚合物1和受主化合物C60PCBM的混合物的约800nm厚的本体异质结层。
通过旋涂在施主/受主混合物层上方形成可获自Heraeus的阳极(Clevios HIL-E100)。
实施例1
按关于比较器件1所述方式形成器件，不同之处在于通过旋涂由施主:受主重量比为1:1.5的1,2,4-三甲基苯:苯甲酸苄基酯在改性ITO层上方沉积施主聚合物1和作为受主化合物的IEICO-4F的混合物的本体异质结层。
以反向偏压(2V)测量器件的外部量子效率(EQE)。参考图2，与比较器件1相比，器件实施例1的吸收进一步扩展到近红外区域中。
参考图3，尽管器件实施例1的受主的LUMO低于比较器件1的LUMO，但是器件实施例1的暗电流显著低于比较器件1的暗电流。

Claims (17)

1.一种有机光检测器，其包括：阳极，阴极，以及在阳极和阴极之间的光敏有机层，其中所述光敏有机层包含电子施主材料和式(I)的电子受主化合物：
Figure FDA0002833443150000011
其中：
每个R11和R12独立地选自：
○C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换；一个或多个H原子可以被F替换；并且末端C原子可以被Ar2替换，其中Ar2是未取代或取代的芳族或杂芳族基团；
和
○式(Ar1)n的基团，其中Ar1在每次出现时独立地是未取代或取代有一个或多个取代基的芳族或杂芳族基团，且n为至少1；
R13-R16在每次出现时独立地选自H、F和C1-20烷基，其中一个或多个不相邻的非末端C原子可以被O、S、CO或COO替换；并且一个或多个H原子可以被F替换；
R20-R23在每次出现时独立地选自H、C1-20烷基和吸电子基团；和
每个X独立地为O、S、Se或Te。
2.根据权利要求1所述的有机光检测器，其中至少一个R11基团和/或至少一个R12基团是式(Ar1)n的基团。
3.根据权利要求2所述的有机光电检测器，其中(Ar1)n是苯基，该苯基可以是未取代的或取代有一个或多个取代基。
4.根据任一前述权利要求所述的有机光电检测器，其中R13在每次出现时独立地选自H、C1-20烷基和C1-19烷氧基。
5.根据任一前述权利要求所述的有机光检测器，其中每个R14是H。
6.根据任一前述权利要求所述的有机光检测器，其中每个R15是H。
7.根据任一前述权利要求所述的有机光检测器，其中每个R16是H。
8.根据任一前述权利要求所述的有机光检测器，其中每个R20-R23独立地为H或F。
9.根据权利要求8所述的有机光电检测器，其中每个R20、每个R21、每个R22和/或每个R23是F。
10.根据前述权利要求任一项所述的有机光检测器，其中施主化合物与受主化合物的重量比是约1:0.5至约1:1.2。
11.一种形成根据任一前述权利要求的有机光检测器的方法，该方法包括在阳极和阴极之一上方形成有机光敏层，以及在有机光敏层上方形成阳极和阴极中的另一个，其中形成有机光敏层包括：沉积包含溶解或分散在一种或多种溶剂中的所述电子施主材料和所述电子受主化合物的制剂，和蒸发所述一种或多种溶剂。
12.一种传感器，其包含光源和根据权利要求1至10中任一项所述的有机光检测器，其中所述有机光检测器被配置为接收从所述光源发射的光。
13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述有机光检测器被配置为接收波长为900nm至1000nm的光。
14.一种检测光的方法，其包括测量由入射在如权利要求1至10任一项所述的有机光检测器上的光产生的光电流。
15.根据权利要求14所述的检测光的方法，其中所述方法包括测量由入射在所述有机光检测器上并且从根据权利要求12或13所述的传感器的光源发射的光所产生的光电流。
16.如权利要求1-10中任一项定义的式(I)化合物在包含受主和施主材料的有机光检测器的光敏层中作为受主的用途。
17.根据权利要求16所述的用途，其用于减小暗电流。
CN201980039893.1A 2018-07-06 2019-07-02 有机光检测器 Pending CN112313814A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1811164.1A GB2575324A (en) 2018-07-06 2018-07-06 Organic Photodetector
GB1811164.1 2018-07-06
PCT/GB2019/051875 WO2020008185A1 (en) 2018-07-06 2019-07-02 Organic photodetector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112313814A true CN112313814A (zh) 2021-02-02

Family

ID=63273302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980039893.1A Pending CN112313814A (zh) 2018-07-06 2019-07-02 有机光检测器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210175426A1 (zh)
JP (1) JP2021530107A (zh)
CN (1) CN112313814A (zh)
GB (1) GB2575324A (zh)
WO (1) WO2020008185A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2592685A (en) * 2020-03-06 2021-09-08 Sumitomo Chemical Co Photoactive composition
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

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2546523A (en) * 2016-01-21 2017-07-26 Cambridge Display Tech Ltd Organic photodetector with reduced dark current
WO2017191468A1 (en) * 2016-05-06 2017-11-09 Imperial Innovations Limited Non-fullerene electron acceptors
KR20190059922A (ko) * 2016-10-05 2019-05-31 메르크 파텐트 게엠베하 유기 반도체성 화합물
WO2018065352A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-12 Merck Patent Gmbh Organic photodetector
US20200066998A1 (en) * 2016-10-31 2020-02-27 Merck Patent Gmbh Organic semiconducting componds
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
US20210167309A1 (en) * 2017-12-18 2021-06-03 King Abdullah University Of Science And Technology Active layers and optoelectronic devices based on non-fullerenes and/or hole scavengers

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021530107A (ja) 2021-11-04
US20210175426A1 (en) 2021-06-10
GB201811164D0 (en) 2018-08-29
WO2020008185A1 (en) 2020-01-09
GB2575324A (en) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7473477B2 (ja) 近赤外有機光検出器
CN113169282A (zh) 光检测器组合物
CN109891614B (zh) 用于制备光敏有机电子器件的溶剂体系
US20210395272A1 (en) Photoactive compound
CN112313814A (zh) 有机光检测器
US11968885B2 (en) Organic photodetector
US20200035924A1 (en) Organic photodetector
WO2023012365A1 (en) Photoresponsive asymmetric nonfullerene acceptors of the a-d-a'-d-a type for use in optoelectronic devices
CN113196513A (zh) 有机光检测器
US20240196744A1 (en) Compound
US11349075B2 (en) Solvent systems for the preparation of photosensitive organic electronic devices
US20200106035A1 (en) Method of manufacturing an organic photodetector
TW202235421A (zh) 光活性材料
WO2024115329A1 (en) Compounds useful in the preparation of photoresponsive device
WO2024115333A1 (en) Method and compound
CN117813310A (zh) 用于光电子装置中的a-d-a'-d-a型的光响应性不对称非富勒烯受体
CN113169283A (zh) 光活性化合物

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination