CN116847668A - 有机光电探测器及其制备方法和包含有机光电探测器的设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及有机光电探测器、包括所述有机光电探测器的设备以及制备所述有机光电探测器的方法。所述有机光电探测器包括：光谱吸收层；第一电极；第二电极；以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的有机活性层；其中所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠，本发明有机光电探测器能够实现在可见光‑近红外光全宽光谱范围内对任意所需不同波段窄带光的选择性高灵敏度检测。
Description
技术领域
本申请属于光电子领域，特别是有机光电探测器技术领域，具体涉及一种有机光电探测器及其制备方法和包括所述有机光电探测器的设备。
背景技术
光电探测器能够将光信号转换为电信号，实现对光的波长及强度的检测，其在军事、航天、生物医疗、图像传感等领域均有广泛应用。实现对光的选择性检测如单波段光或者单色光，降低环境光的干扰，在光通信、医学检测、生物识别、导弹制导、卫星遥感检测等领域具有战略性及经济性意义。虽然目前文献中报道的窄带有机光探测器在一定程度上可实现对某一波段窄带光的检测，但难以实现对可见-近红外光全波段范围内任意窄带光的检测，该类器件并没有普适性。同时，该类窄带光探测器需要高压驱动来提高其响应度并降低半峰宽，导致该类器件能耗高；由于该类器件薄膜较厚，活性层内空穴与电子的迁移率相差较大，导致迁移率较低的载流子滞留在活性层内，难以快速流向电极，因此此类窄带光探测器普遍存在响应速度慢，难以实现对窄带光的高速检测，大大限制了其在通信、传感、高速成像、安全系统等领域的应用。
发明内容
一方面，本申请提供有机光电探测器，包括：
光谱吸收层；
第一电极；
第二电极；以及
设置在所述第一电极与所述第二电极之间的有机活性层；
其中所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
另一方面，本申请提供包括上述有机光电探测器的设备。
又一方面，本申请提供有机光电探测器的制备方法，包括：
提供第一电极；
提供第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间设置有机活性层；以及
提供光谱吸收层使得所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
附图说明
图1为本公开内容所述的实施例1的窄带光探测器器件结构示意图。
图2为本公开内容所述的基于实施例1中的D18:PCBM为活性层的窄带有机光探测器在0偏压下对峰值为600nm光谱的外量子效率光谱曲线。
图3为本公开内容所述的基于实施例2中的PM6和F-2F为活性层窄带有机光探测器在0偏压下对峰值为705nm光谱的外量子效率光谱曲线。
图4为本公开内容所述的基于实施例3中的PM6与FO-2F为活性层窄带有机光探测器在0偏压下对峰值为800nm光谱的外量子效率光谱曲线。
图5和图6为本公开内容所述的基于实施例4中的PM6和CH17为活性层窄带有机光探测器在0偏压下对峰值为850nm光谱的外量子效率光谱曲线。
具体实施方式
定义
提供以下定义和方法用以更好地界定本申请以及在本申请实践中指导本领域普通技术人员。除非另作说明，术语按照相关领域普通技术人员的常规用法理解。本文所引用的所有专利文献、学术论文及其他公开出版物，其中的全部内容整体并入本文作为参考。
如本文所用，术语“包括”和“包含”应被解释为包含性的和开放性的，而不是排他性的。具体地，当在说明书和权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”及其变体意指包括指定的特征、材料、步骤或组件。这些术语不应被解释为排除其他特征、材料、步骤或组件的存在。
本文所用术语“任选的”或“任选地”是指随后所描述的事件或情形可以、但不是必须发生，该描述包括所述事件或情形发生时的情况，也包括它们不发生时的情况。
空间相对术语，例如“下方”、“之下”、“下”、“之上”、“上”、“上方”等，可以在本文中用于描述目的，并且由此用于描述一个元件与另一个元件的关系，如附图中所例示的。除了附图中描述的方向之外，空间相对术语旨在还包括在使用、操作和/或制造中的设备的不同方向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述成在其它元件或特征“之上”或“上方”的元件会被定位在所述其它元件或特征“之下”。因此，示例性术语“之上”可以包括上和下的方向两者。此外，可以将设备以其它方式定向(例如，旋转90度或在其它方向上)，并且如此，本文所用的空间相对描述符号被相应地解释。
当诸如层的元件被称为在另一个元件或层“上”、“连接至”另一个元件或层或者“粘接至”另一个元件或层时，其可以直接在另一个元件或层上、直接连接至另一个元件或层或者直接粘接至另一个元件或层，或者可以存在介于中间的元件或层。然而，当元件或层被称为“直接在”另一个元件或层“上”、“直接连接至”另一个元件或层或者“直接粘接至”另一个元件或层时，不存在介于中间的元件或层。出于本公开内容的目的。同样地，当诸如层的元件被称为设置于另两个元件或层“之间”时，其可以直接设置于另两个元件之间，或者可以存在其它中间元件或层。同样当诸如层的元件被称为“依次设置”时，只是表明这些指定元件或层按顺序设置，可以将这些元件直接依次设置，或者可以存在其它中间元件或层。
术语“正向器件”是指顶电极与电子传输层直接接触，底电极与空穴传输层直接接触的器件。术语“反向器件”是指顶电极与空穴传输层直接接触，底电极与电子传输层直接接触的器件。
凡在本文中给出某一数值范围之处，所述范围包括其端点，以及位于所述范围内的所有单独整数和分数，并且还包括由其中那些端点和内部整数和分数的所有各种可能组合形成的每一个较窄范围，以在相同程度的所述范围内形成更大数值群的子群，如同每一个那些较窄范围被明确给出一样。例如，有机光电探测器的探测峰的半峰宽小于150nm是指所述半峰宽可以为(例如140nm、130nm、120nm、110nm、100nm、90nm、80nm、70nm、65nm、60nm、55nm、50nm等)。
一方面，本申请提供有机光电探测器，包括：
光谱吸收层；
第一电极；
第二电极；以及
设置在所述第一电极与所述第二电极之间的有机活性层；
其中所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
在一些实施方案中，以相对于所述有机活性层，入射光行径先通过所述光谱吸收层的方式定位所述光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围两者未重叠的部分包括所述有机光电探测器的光谱响应范围。
在一些实施方案中，所述未重叠的部分的半峰宽不超过150nm(例如不超过140nm、不超过130nm、不超过120nm、不超过110nm、不超过100nm、不超过90nm、不超过80nm、不超过70nm、不超过65nm、不超过60nm、不超过55nm、不超过50nm等)、不超过100nm、甚至不超过80nm。
在一些实施方案中，所述有机光电探测器的探测峰的半峰宽不超过150nm(例如不超过140nm、不超过130nm、不超过120nm、不超过110nm、不超过100nm、不超过90nm、不超过80nm、不超过70nm、不超过65nm、不超过60nm、不超过55nm、不超过50nm等)、不超过100nm、甚至不超过80nm。
在一些实施方案中，所述有机活性层包含电子给体材料与电子受体材料。在一些实施方案中，所述电子给体材料与所述电子受体材料的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。
在一些实施方案中，所述光谱吸收层包含吸收光谱与所述有机活性层中包含的活性材料种类(即活性材料组分components类型)的吸收光谱相同或者相近的材料。
在一些实施方案中，所述光谱吸收层中包含的所述材料包括但不限于聚合物、有机小分子、寡聚物、无机物中的一种或多种的组合。
在一些实施方案中，其中所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类(即活性材料组分components类型)相同或不同的材料。
在一些实施方案中，所述光谱吸收层包含吸收光谱与所述有机活性层中包含的活性材料种类的吸收光谱相同或者相近的光谱吸收材料；
其中：
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类相同或不同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的材料种类部分相同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类全部相同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的材料种类不相同的光谱吸收材料。
在一些实施方案中，其中所述光谱吸收层中的所述光谱吸收材料种类与所述有机活性层中的所述活性材料种类部分相同。例如有机活性层中的所述活性材料种类为PM6和F-2F,光谱吸收层中的所述光谱吸收材料种类为PM6；或者例如有机活性层中的所述活性材料种类为PM6和FO-2F,光谱吸收层中的所述光谱吸收材料种类为PM6和F-2F；或者例如有机活性层中的所述活性材料种类为D18和PCBM，光谱吸收层中的所述光谱吸收材料种类为D18和F(Br)-ThCl。
在一些实施方案中，其中所述光谱吸收层中的所述光谱吸收材料种类与所述有机活性层中的所述活性材料种类完全相同。例如光谱吸收层中的所述光谱吸收材料为PM6和CH17，有机活性层中的所述活性材料种类为PM6和CH17。
在一些实施方案中，通过调控和/或选择所述光电探测器的下述项中的一项或多项，使得形成的所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠：
项1：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的种类；
项2：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的配比；
项3：用于形成所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的包含所述材料的溶液中材料的浓度；
项4：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的厚度。
可以理解在上述项1至项4中，所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中的所述材料分别是指所述光谱吸收层中的光谱吸收材料和所述有机活性层中的活性材料。
在一些实施方案中，当所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类全部相同的材料时，通过调控和/或选择所述光电探测器的下述项中的一项或多项，使得形成的所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠：
项2：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的配比(例如调控有机活性层中电子给体材料与电子受体材料的重量比例和/或光谱吸收层中材料的重量比例)；
项3：用于形成所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的包含所述材料的溶液中材料的浓度；
项4：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的厚度。
在一些实施方案中，所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的材料种类不相同但吸收光谱相同或者相近的材料。例如光谱吸收层包含F-CHO，有机活性层中包含的材料种类为P3HT和PCBM。
在一些实施方案中，其中所述光谱吸收层由吸收光谱与构成所述有机活性层的活性材料种类的吸收光谱相同或者相近的材料组成。
在一些实施方案中，用于形成所述光谱吸收层和所述有机活性层的包含所述材料的溶液(例如用于通过溶液旋涂法形成所需层的溶液)中电子给体材料(例如D18、PM6)的浓度可以各自独立地为1mg ml-1至40mg ml-1(例如1mg ml-1、2mg ml-1、5mg ml-1、8mg ml-1、9mgml-1、10mg ml-1、11mg ml-1、13mg ml-1、15mg ml-1、18mg ml-1、19mg ml-1、20mg ml-1、21mg ml-1、22mg ml-1、25mg ml-1、28mg ml-1、29mg ml-1、30mg ml-1、32mg ml-1、34mg ml-1、36mg ml-1、38mg ml-1或40mg ml-1)或5mg ml-1至30mg ml-1。
在一些实施方案中，所述光电探测器进一步包括设置在所述第一电极与所述第二电极之间的电子传输层和空穴传输层。
在一些实施方案中，其中所述有机活性层设置在所述电子传输层与所述空穴传输层之间。
在一些实施方案中，所述光电探测器进一步包括透明基底。
在一些实施方案中，所述光电探测器为正向器件或反向器件。
在一些实施方案中，所述光电探测器包括依次设置的第一电极、空穴传输层、有机活性层、电子传输层、第二电极、透明基底和光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述光电探测器包括依次设置的第一电极、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、第二电极、透明基底和光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述第二电极为透明电极。
在一些实施方案中，所述第二电极为底电极。
在一些实施方案中，所述电子给体材料选自有机聚合物和有机小分子中的一种或者多种材料的组合(包括由苯环、噻吩环、烷基链构成的具有共轭结构的聚合物与小分子等)，例如但不限于：聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)、PM6、PCE-10、D18。
在一些实施方案中，所述电子受体材料可以选自有机聚合物和有机小分子中的一种或者多种材料的组合，例如包括但不限于：PCBM、F(Br)-ThCl、F-M、F-2F、FO-2F、CH17、ITIC、Y6、F-2Cl、FO-2Cl、COi8DFIC、DTPC-DFIC。在一些实施方案中，所述电子受体材料选自PCBM、F(Br)-ThCl、F-M、F-2F、FO-2Cl、CH17、COi8DFIC或其组合。光谱吸收范围由紫外光(300nm)到近红外光(1700nm)分布。
在一些实施方案中，所述有机活性层的制备包括将所述电子给体材料与所述电子受体材料共混制备活性层结构，或者通过逐层制备给体材料薄膜和受体材料薄膜获得双层或多层结构。
在一些实施方案中，所述有机活性层为共混本体异质结薄膜结构。
在一些实施方案中，所述有机活性层的制备包括将所述电子给体材料与所述电子受体材料共混于溶剂中得到活性溶液的步骤。
在一些实施方案中，所述溶剂包括但不限于：氯仿、含苯环的有机溶剂以及它们的组合。在一些实施方案中，所述溶剂选自氯仿、氯苯、二氯苯、甲苯或者它们的任意组合。
在一些实施方案中，可以使用各种方法形成所述有机活性层，所述方法包括但不限于：旋涂、蒸镀、刮涂、打印、狭缝涂布或它们的组合。在一些实施方案中，选用溶液旋涂法形成所述有机活性层。
在一些实施方案中，可以使用各种方法形成所述光谱吸收层，所述方法包括但不限于：旋涂、蒸镀、刮涂、打印、狭缝涂布或它们的组合。在一些实施方案中，选用溶液旋涂法形成所述光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述透明基底可以为刚性或者柔性透明基底；所述透明基底可以选自无机材料、有机透明材料中的任意一种，无机透明基底包括但不限于玻璃、石英等；有机透明基底包括但不限于聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。在一些实施方案中，所述透明基底选自玻璃或PEN。所述透明基底具有一定的透明度及机械强度。
在一些实施方案中，所述透明电极可以为具有本征透光率的导电材料或者由非透明材料构成的具有一定透光率的透明导电薄膜。所述透明电极包括但不限于：金属氧化物、金属薄膜、有机导电材料、导电纳米材料或它们的任意组合。在一些实施方案中，所述透明电极包括但不限于：铟锡氧化物(ITO)、石墨烯薄膜、银纳米线薄膜、银纳米颗粒网格、碳纳米管薄膜、MXene、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐中的一种或多种材料的组合。在一些实施方案中，透明电极材料为铟锡氧化物。
在一些实施方案中，所述电子传输层可以为N型半导体材料，包括但不限于有机聚合物、金属氧化物、有机小分子等一切具有N型半导体性质的材料，例如氧化锌(ZnO)、N,N'-双[3-(二甲氨基)丙基]苝-3,4,9,10-四甲酰二亚胺(PDIN)、N,N'-双(N,N-二甲基丙烷-1-氧化胺)苝-3,4,9,10-四甲酰二亚胺(PDINO)、聚(9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基铵丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴))二溴化物(PFNBr)中的一种或多种材料的组合。在一些实施方案中，所述电子传输层为氧化锌。所述电子传输层可以有效传输电子阻隔空穴的传输。
在一些实施方案中，所述空穴传输层可以为有机或无机半导体，包括P型半导体等。在一些实施方案中，所述空穴传输层包括但不限于：氧化钼(MoOx)、氧化镍(NiO)、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PSS:PEDOT)中的一种或多种材料的组合。在一些实施方案中，所述空穴传输层选自氧化钼和PSS:PEDOT。所述空穴传输层可有效传输空穴，阻隔电子的传输。
在一些实施方案中，所述电子传输层与空穴传输层的制备方法包括但不限于旋涂法、打印法、刮涂法、喷涂法、蒸镀法或它们的组合。
在一些实施方案中，所述第一电极包括但不限于：金属电极、导电聚合物、纳米导电材料、金属氧化物导电薄膜或它们的组合。在一些实施方案中，所述第一电极的材料包括但不限于金、铝、银、聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、碳纳米管薄膜、银纳米线薄膜或它们的组合。
在一些实施方案中，所述第一电极为银薄膜。
在一些实施方案中，所述第一电极为顶电极。
在一些实施方案中，所述第一电极的制备方法包括但不限于蒸镀、喷涂、丝网印刷等。在一些实施方案中，采用蒸镀法制备银电极作为第一电极。
在一些实施方案中，所述第二电极的制备方法包括但不限于蒸镀、刮涂、丝网印刷、打印、物理刻蚀、化学刻蚀。
在一些实施方案中，所述有机光电探测器的光谱响应范围包括550nm-700nm(能够检测550nm-700nm波段光)，其中所述有机活性层包含D18和PCBM,并且所述光谱吸收层包含D18和F(Br)-ThCl。在一些实施方案中，在所述有机活性层中D18与PCBM的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，在所述光谱吸收层中D18与F(Br)-ThCl的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，用于形成所述光谱吸收层和所述有机活性层的溶液(例如用于通过溶液旋涂法形成所需层的溶液)中D18的浓度可以各自独立地为1mg ml-1至40mg ml-1(例如1mg ml-1、2mg ml-1、5mg ml-1、8mg ml-1、9mg ml-1、10mg ml-1、11mg ml-1、13mg ml-1、15mg ml-1、18mg ml-1、19mg ml-1、20mg ml-1、21mg ml-1、22mg ml-1、25mg ml-1、28mg ml-1、29mg ml-1、30mg ml-1、32mg ml-1、34mg ml-1、36mg ml-1、38mg ml-1或40mg ml-1)或5mg ml-1至30mg ml-1。在一些实施方案中，所述有机活性层的厚度为50nm-300nm(例如50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm或300nm)。在一些实施方案中，所述光谱吸收层的厚度为300nm-600nm(例如300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm)。
在一些实施方案中，所述有机光电探测器的光谱响应范围包括650nm-780nm(能够检测650nm-780nm波段光)，其中所述有机活性层包含PM6和F-2F,并且所述光谱吸收层包含PM6。在一些实施方案中，在所述有机活性层中PM6与F-2F的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，用于形成所述光谱吸收层和所述有机活性层的溶液(例如用于通过溶液旋涂法形成所需层的溶液)中PM6的浓度可以各自独立地为1mg ml-1至40mg ml-1(例如1mgml-1、2mg ml-1、5mg ml-1、8mg ml-1、9mg ml-1、10mg ml-1、11mg ml-1、13mg ml-1、15mg ml-1、18mg ml-1、19mg ml-1、20mg ml-1、21mg ml-1、22mg ml-1、25mg ml-1、28mg ml-1、29mg ml-1、30mg ml-1、32mg ml-1、34mg ml-1、36mg ml-1、38mg ml-1或40mg ml-1)或5mg ml-1至30mg ml-1。在一些实施方案中，所述有机活性层的厚度为50nm-300nm(例如50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm或300nm)。在一些实施方案中，所述光谱吸收层的厚度为300nm-600nm(例如300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm)。
在一些实施方案中，所述有机光电探测器的光谱响应范围包括750nm-850nm(能够检测750nm-850nm波段光)，其中所述有机活性层包含PM6和FO-2F,并且所述光谱吸收层包含PM6和F-2F。在一些实施方案中，在所述有机活性层中PM6与FO-2F的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，在所述光谱吸收层中F-2F与PM6的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，用于形成所述光谱吸收层和所述有机活性层的溶液(例如用于通过溶液旋涂法形成所需层的溶液)中PM6的浓度可以各自独立地为1mg ml-1至40mg ml-1(例如1mg ml-1、2mg ml-1、5mg ml-1、8mg ml-1、9mg ml-1、10mg ml-1、11mg ml-1、13mg ml-1、15mg ml-1、18mg ml-1、19mg ml-1、20mg ml-1、21mg ml-1、22mg ml-1、25mg ml-1、28mg ml-1、29mg ml-1、30mg ml-1、32mg ml-1、34mg ml-1、36mg ml-1、38mg ml-1或40mg ml-1)或5mg ml-1至30mg ml-1。在一些实施方案中，所述有机活性层的厚度为50nm-300nm(例如50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm或300nm)。在一些实施方案中，所述光谱吸收层的厚度为300nm-600nm(例如300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm)。
在一些实施方案中，所述有机光电探测器的光谱响应范围包括800nm-950nm(能够检测800nm-950nm波段光)，其中所述有机活性层包含PM6和CH17,并且所述光谱吸收层包含PM6和CH17。在一些实施方案中，在所述有机活性层中PM6与CH17的质量比为1:0.5-1:10(例如1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，在所述光谱吸收层中PM6与CH17的质量比为1:0.05-1:10(例如1:0.05、1:0.07、1:0.08、1:0.1、1:0.2、1:0.3、1:0.4、1:0.5、1:0.8、1:1、1:1.5、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等)、或者1:0.5-1:5。在一些实施方案中，用于形成所述光谱吸收层和所述有机活性层的溶液(例如用于通过溶液旋涂法形成所需层的溶液)中PM6的浓度可以各自独立地为1mg ml-1至40mg ml-1(例如1mg ml-1、2mg ml-1、5mg ml-1、8mg ml-1、9mgml-1、10mg ml-1、11mg ml-1、13mg ml-1、15mg ml-1、18mg ml-1、19mg ml-1、20mg ml-1、21mg ml-1、22mg ml-1、25mg ml-1、28mg ml-1、29mg ml-1、30mg ml-1、32mg ml-1、34mg ml-1、36mg ml-1、38mg ml-1或40mg ml-1)或5mg ml-1至30mg ml-1。在一些实施方案中，所述有机活性层的厚度为50nm-300nm(例如50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm或300nm)。在一些实施方案中，所述光谱吸收层的厚度为300nm-600nm(例如300nm、320nm、340nm、360nm、380nm、400nm、420nm、440nm、450nm、460nm、470nm、480nm、500nm、510nm、520nm、530nm、540nm、550nm、560nm、570nm、580nm、590nm或600nm)。
另一方面，本申请提供包括上述有机光电探测器的设备。
在一些实施方案中，所述设备包括但不限于：成像识别系统，可穿戴设备，机器人，植入式器件，以及用于健康监测、运动监测、障碍探测的器件。
另一方面，本申请提供有机光电探测器的制备方法，包括：
提供第一电极；
提供第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间设置有机活性层；以及
提供光谱吸收层使得所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括：根据所需的光谱响应范围选择所述有机活性层的电子给体材料与电子受体材料。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括：使用吸收光谱与所述有机活性层中包含的活性材料种类(即活性材料组分components)的吸收光谱相同或者相近的材料制得光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括：以相对于所述有机活性层入射光行径先通过所述光谱吸收层的方式定位所述光谱吸收层的方式定位所述光谱吸收层。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括：根据所需的光谱响应范围，对所述光谱吸收层的光谱吸收范围和/或所述有机活性层的光谱吸收范围进行调控，使得所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围两者未重叠的部分包括所需的光谱响应范围。
在一些实施方案中，通过调控和/或选择所述光电探测器的下述项中的一项或多项，对所述光谱吸收层的光谱吸收范围和/或所述有机活性层的光谱吸收范围进行调控：
项1：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的种类；
项2：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的配比(例如有机活性层中电子给体材料与电子受体材料的重量比例和/或光谱吸收层中材料的重量比例)；
项3：用于形成所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的包含所述材料的溶液中材料的浓度；
项4：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的厚度。
从而可以实现对光的选择性检测，并且实现对可见光-近红外光全波段范围内窄带光的高选择性检测。
在一些实施方案中，所需的光谱响应范围是窄带光谱响应范围。
各缩写表示如下结构：
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本申请的各项发明提供下述一种或多种优势：
1.本公开的有机光电探测器可以实现在可见光-近红外光全宽光谱范围内对任意所需不同波段窄带光的选择性高灵敏度检测，其活性层可活性层可高效吸收被检测的光并产生光生载流子，将光信号转化成电信号，实现对窄带光的选择性高灵敏检测。
2.本公开的新型有机光电探测器及其制备方法，在不牺牲光响应速度，响应度及灵敏度的前提下，能够实现对光甚至窄带光的高选择性检测。
3.本公开的有机光电探测器能够解决目前窄带光探测器面临的高成本、低性能的难题，设计并制备了一种结构简单，成本低廉，性能优异的窄带光探测器，通过器件结构及活性材料的协同作用，实现了在可见光-近红外光宽范围内对任意窄带光谱的高灵敏及快速检测。
4.本公开提供了构筑高性能及高选择性有机光电探测器的有效方法，该方法适用于所有的有机光电探测器，具有非常广的普适性。
5.本公开的有机光电探测器保持了有机光电探测器的高响应速度性能，其响应时间可低于1微秒。
6.本公开的有机光电探测器可实现对可见光-近红外光全波段范围内对不同波段光的高选择性检测，其半峰宽可达到150nm以下(例如140nm以下、130nm以下、120nm以下、110nm以下、100nm以下、90nm以下、80nm以下、70nm以下、60nm以下、50nm以下等)。
7.本公开的有机光电探测器在半峰宽达到50nm时，其峰值响应度仍可以高达0.3A/W以上。
8.本公开的有机光电探测器可实现在0V下对光的高灵敏与高选择性检测，不需要任何外部驱动电压。
9.本公开的有机光电探测器噪音小(例如小于10-4mA/cm2)。
10.本公开的有机光电探测器结构简单，对光谱吸收层要求低，可直接利用有机活性层的材料作为光谱吸收层，从而提高光探测器的选择性，同时也可选用与有机活性层吸收光谱相当的材料作为光谱吸收层，选择性多，性能高。在大面积制备窄带光探测器方面具有巨大的优势与潜力。
11.本公开的有机光电探测器具有柔性、可溶液加工、低成本等优势，该发明可通过溶液法实现大面积制备高性能、低成本、大面积窄带光探测器，具有非常大的市场与产业化潜力。
实施例
下面结合实施例，对本公开内容的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明的目的，而非用来限制本申请的范围。
实施例1：
有机光电探测器的结构如图1所示，包括(1)光谱吸收层，(2)透明基底，(3)透明导电底电极，(4)空穴传输层，(5)有机活性层，(6)电子传输层，(7)金属电极
如图1所示，透明基底为玻璃，透明导电电极为铟锡氧化物(ITO)，电子传输层为氧化锌，有机活性层为D18:PCBM，光谱吸收层为D18与F(Br)-ThCl。
实施例1的有机窄带光探测器制备步骤如下：
将覆有ITO导电层的玻璃(其中玻璃基底和导电层的厚度分别为：0.8mm和10nm)通过丙酮、去离子水、异丙醇依次清晰ITO导电玻璃，然后用氮气枪将其吹干，放置于干净的培养皿中,将用于制备光探测器的ITO导电玻璃放置于臭氧处理器中，并用臭氧处理15min，提高其亲水性。
用蒸馏水将聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS,Baytron PVP Al4083)稀释两倍,利用超声将其充分分散并将其旋涂到导电玻璃上作为空穴传输层，旋涂转速为4300rpm，旋涂时间为20s，之后放入烘箱中在150℃下干燥15min，之后将其转移到手套箱中。
将D18与PCBM分别作为给体与受体材料(质量比例为1：1.2)，溶解在氯仿溶剂中，给体浓度为9mg ml-1,在50℃下溶解5h。
将D18:PCBM混合溶液旋涂到PEDOT:PSS层，旋涂转速为2000rpm,旋涂时间为30s形成厚度约为130nm的本体异质结。之后，将器件放入到氯仿蒸汽中处理10min。
将PDINO溶解在甲醇中，其浓度为1mg/mL，将PDINO溶液旋涂到本体异质结薄膜顶部，其转速为3000rpm，旋涂时间为30s，最终获得厚度约为15nm的电子传输层。
在电子传输层上真空蒸镀一层厚度为150nm的Ag作为顶电极，用于收集电子。
将D18与F(Br)-ThCl(质量比为1:1.2)作为光谱吸收层材料溶解在氯仿溶剂中制得光谱吸收层溶液，D18的浓度为9mg ml-1。
将光谱吸收层溶液旋涂到ITO玻璃的背面作为光谱吸收层，其旋涂转速为1000rpm,旋涂时间为30s，形成的光谱吸收层的厚度为500nm。通过与有机活性层的检测光谱形成互补，实现对窄带光的高灵敏、高响应、实现对波长为550nm-700nm波段光的高选择性检测高选择性检测，其半峰宽可达到80nm(参见图2)。
实施例2
将实施例1中的活性层材料换成PM6和F-2F，并将PM6作为光谱吸收层材料，可将波长为650nm以下的光全部吸收，实现对波长为650nm-780nm波段光的高选择性检测，其半峰宽可达到60nm。具体实施步骤如下：
将覆有ITO导电层的玻璃(其中玻璃基底和导电层的厚度分别为：0.8mm和10nm)通过丙酮、去离子水、异丙醇依次清晰ITO导电玻璃，然后用氮气枪将其吹干，放置于干净的培养皿中,将用于制备光探测器的ITO导电玻璃放置于臭氧处理器中，并用臭氧处理15min，提高其亲水性。
将100mg醋酸锌溶解到4ml的2-甲氧基乙醇中并加入28ul乙醇胺，将获得的溶液搅拌8h。
将处理好的ITO玻璃衬底与醋酸锌溶液放置到手套箱中，并将溶解均匀的醋酸锌溶液旋涂到ITO玻璃上，其转速为3000rpm，旋涂时间为30s，然后将其放置在210℃的热台上进行干燥与退火1小时，获得厚度为30nm的氧化锌薄膜作为电子传输层薄膜，并放置到手套箱中。
将PM6与F-2F(质量比例为1：1)分别作为给体与受体材料，溶解在氯苯中，给体浓度为9mg ml-1,在50℃下搅拌并溶解5h。
将PM6与F-2F混合溶液旋涂到电子传输层ZnO表面，旋涂转速为1700rpm,旋涂时间为30s形成厚度约为120nm的本体异质结薄膜。之后，将器件放入到热台上，在120℃下加热10min。
在活性层上真空蒸镀一层厚度为3nm的MoOx作为空穴传输层，并蒸镀100nm的银作为顶电极，用于收集空穴。
将PM6作为光谱吸收层材料溶解在氯仿溶剂中得到光谱吸收层溶液，其浓度为20mg ml-1，将光谱吸收层溶液旋涂到ITO玻璃的背面作为光谱吸收层，其旋涂转速为500rpm,旋涂时间为1min，形成的光谱吸收层的厚度为500nm。该光谱吸收层可通过与活性层的检测光谱形成互补，实现对窄带光的高灵敏、高响应、高选择性检测，其半峰宽可达到60nm(参见图3)。
实施例3
将实施例1中的活性层材料换成PM6和FO-2F，并将PM6与F-2F作为光谱吸收层，可将波长为750nm以下的光全部吸收，实现对波长为750nm-850nm波段光的高选择性检测，其半峰宽可达到65nm。具体实施步骤如下：
将覆有ITO导电层的玻璃(其中玻璃基底和导电层的厚度分别为：0.8mm和10nm)通过丙酮、去离子水、异丙醇依次清晰ITO导电玻璃，然后用氮气枪将其吹干，放置于干净的培养皿中,将用于制备光探测器的ITO导电玻璃放置于臭氧处理器中，并用臭氧处理15min，提高其亲水性。
将100mg醋酸锌溶解到4ml的2-甲氧基乙醇中并加入28ul乙醇胺，将获得的溶液在室温下搅拌8h。
将处理好的ITO玻璃衬底与醋酸锌溶液放置到手套箱中，并将醋酸锌溶液旋涂到ITO玻璃上，其转速为3000rpm，旋涂时间为30s，然后将其放置在含有氧气的气氛中(如空气)，在210℃下进行干燥与退火处理1小时，获得厚度为30nm的氧化锌薄膜作为电子传输层薄膜，并放置到手套箱中。
将PM6与FO-2F(质量比例为1：1)分别作为给体与受体材料，溶解在氯苯中，给体浓度为9mg ml-1,在50℃下搅拌5h。
将上述PM6:FO-2F混合溶液旋涂到电子传输层ZnO表面，旋涂转速为1700rpm,旋涂时间为30s形成厚度约为120nm的本体异质结薄膜。之后，将器件放入到热台上，在120℃下加热10min。
在活性层上真空蒸镀一层厚度为3nm的MoOx作为空穴传输层，并蒸镀100nm的银作为顶电极，用于收集空穴。
将PM6:F-2F(质量比例为10：1)作为光谱吸收层材料溶解在氯仿溶剂中得到光谱吸收层溶液，其中PM6的浓度为20mg ml-1，将光谱吸收层溶液旋涂到ITO玻璃的背面作为光谱吸收层，其旋涂转速为500rpm,旋涂时间为1min，形成的光谱吸收层的厚度为500nm。该光谱吸收层可通过与活性层的检测光谱形成互补，实现对窄带光的高灵敏、高响应、高选择性检测，其半峰宽可达到65nm(参见图4)。
实施例4
将实施例1中的活性层材料换成PM6和CH17，并将PM6与CH17的混合薄膜作为光谱吸收层材料，可将波长为800nm以下的光全部吸收，实现对波长为800nm-950nm波段光的高选择性检测，其峰值波段为850nm，半峰宽可达到65nm。具体实施步骤如下：
将覆有ITO导电层的玻璃(其中玻璃基底和导电层的厚度分别为：0.8mm和10nm)通过丙酮、去离子水、异丙醇依次清晰ITO导电玻璃，然后用氮气枪将其吹干，放置于干净的培养皿中,将用于制备光探测器的ITO导电玻璃放置于臭氧处理器中，并用臭氧处理15min，提高其亲水性。
将100mg醋酸锌溶解到4ml的2-甲氧基乙醇中并加入28ul乙醇胺，将获得的溶液在室温下搅拌8h。
将处理好的ITO玻璃衬底与醋酸锌溶液放置到手套箱中，并将醋酸锌溶液旋涂到ITO玻璃上，其转速为3000rpm，旋涂时间为30s，然后将其放置在含有氧气的气氛中(如空气)，在210℃下进行干燥与退火处理1小时，获得厚度为30nm的氧化锌薄膜作为电子传输层薄膜，并放置到手套箱中。
将PM6与CH17分别作为给体与受体材料(质量比例为1：1)，溶解在氯仿中，给体浓度为9mg ml-1,在50℃下搅拌5h。
将上述PM6:CH17混合溶液旋涂到电子传输层ZnO表面，旋涂转速为1700rpm,旋涂时间为30s，形成厚度约为120nm的本体异质结薄膜。之后，将器件放入到热台上，在100℃下加热10min。
在活性层上真空蒸镀一层厚度为3nm的MoOx作为空穴传输层，并蒸镀100nm的银作为顶电极，用于收集空穴。
将PM6:CH17分别以质量比为1：1；1：0.8；1：0.6；1：0.4和1：0.2溶解在氯仿中，其中PM6的浓度为20mg ml-1,将光谱吸收层溶液分别旋涂到ITO玻璃的背面作为光谱吸收层，其旋涂转速为500rpm,旋涂时间为1min，形成的光谱吸收层的厚度为500nm。该光谱吸收层可通过与活性层的检测光谱形成互补，实现对窄带光的高灵敏、高响应、高选择性检测，其半峰宽可达到65nm，参见图5(其中PM6:CH17质量比为1:0.4)，以及图6(其中PM6:CH17质量比分别为1：1；1：0.8；1：0.6；1：0.4和1：0.2)。
上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本公开内容作了详尽的描述，但在本公开内容基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开内容精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开内容要求保护的范围。
Claims (10)
1.有机光电探测器，包括：
光谱吸收层；
第一电极；
第二电极；以及
设置在所述第一电极与所述第二电极之间的有机活性层；
其中所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其中:
以相对于所述有机活性层，入射光行径先通过所述光谱吸收层的方式定位所述光谱吸收层；或者
所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围两者未重叠的部分包括光谱响应范围；或者
所述未重叠的部分的半峰宽不超过150nm、不超过100nm或不超过80nm。
所述有机活性层包含电子给体材料与电子受体材料。
3.如权利要求1或2所述的光电探测器，所述光谱吸收层包含吸收光谱与所述有机活性层中包含的活性材料种类的吸收光谱相同或者相近的光谱吸收材料；
其中：
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类相同或不同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的材料种类部分相同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的活性材料种类全部相同的光谱吸收材料；或者
所述光谱吸收层包含与所述有机活性层中包含的材料种类不相同的光谱吸收材料。
4.如权利要求3所述的光电探测器，通过调控和/或选择所述光电探测器的下述项中的一项或多项，使得形成的所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠：
项1：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的种类；
项2：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的配比；
项3：用于形成所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的包含所述材料的溶液中所述材料的浓度；
项4：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的厚度。
5.如权利要求1或2所述的光电探测器，所述光电探测器进一步包括设置在所述第一电极与所述第二电极之间的电子传输层和空穴传输层；
优选地，所述有机活性层设置在所述电子传输层与所述空穴传输层之间；
优选地，所述光电探测器进一步包括透明基底。
6.如权利要求5所述的光电探测器，其中：
所述光电探测器为正向器件或反向器件；或者
所述光电探测器包括依次设置的第一电极、空穴传输层、有机活性层、电子传输层、第二电极、透明基底和光谱吸收层；或者
所述光电探测器包括依次设置的第一电极、电子传输层、有机活性层、空穴传输层、第二电极、透明基底和光谱吸收层；或者
所述第二电极为透明电极；或者
所述第二电极为底电极；或者
所述第一电极为顶电极。
7.包括权利要求1至6中任一项所述的光电探测器的设备；
任选地，所述设备包括：成像识别系统，可穿戴设备，机器人，植入式器件，以及用于健康监测、运动监测、障碍探测的器件。
8.有机光电探测器的制备方法，包括：
提供第一电极；
提供第二电极；以及
在所述第一电极与所述第二电极之间设置有机活性层；以及
提供光谱吸收层使得所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围存在部分交叉重叠。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
根据所需的光谱响应范围选择所述有机活性层的电子给体材料与电子受体材料；或者
使用吸收光谱与所述有机活性层中包含的活性材料种类的吸收光谱相同或者相近的材料制得光谱吸收层；或者
以相对于所述有机活性层，入射光行径先通过所述光谱吸收层的方式定位所述光谱吸收层。
10.如权利要求8或9所述的方法，还包括：
根据所需的光谱响应范围，对所述光谱吸收层的光谱吸收范围和/或所述有机活性层的光谱吸收范围进行调控，使得所述光谱吸收层的光谱吸收范围与所述有机活性层的光谱吸收范围两者未重叠的部分包括所需的光谱响应范围；
任选地，通过调控和/或选择所述光电探测器的下述项中的一项或多项，对所述光谱吸收层的光谱吸收范围和/或所述有机活性层的光谱吸收范围进行调控：
项1：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的种类；
项2：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层中材料的配比(例如有机活性层中电子给体材料与电子受体材料的重量比例和/或光谱吸收层中材料的重量比例)；
项3：用于形成所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的包含所述材料的溶液中所述材料的浓度；
项4：所述光谱吸收层和/或所述有机活性层的厚度。
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