基于光电二极管结构的聚合物光电探测器是一种捕获光信号并将之转化为电信号输出的器件。与无机光电探测器相比,聚合物光电探测器拥有许多独特的优势,比如质量轻、材料来源丰富、易大规模生产等,正受到越来越多的关注。从原理上看,聚合物光电探测器与有机/聚合物太阳电池的关系非常密切,两者有相同的器件结构,光电转化过程也相同。比探测率是光电探测器的一项关键性能指标。目前,越来越多比探测率超过10¹²Jones的有机光电探测器见诸报道,表明有机光电探测器的关键性能指标可以和无机光电探测器媲美。要进一步提高聚合物光电探测器的性能,除了需要性能更加优异的新颖材料,还需要深入对其工作机理和调控要素进行深入研究。近几年的文献报道表明,作为一种技术手段,有机溶剂蒸汽退火（SVA）已经被证实可以有效调控有机/聚合物光活性层的微观形貌,有助于光生激子的拆分和电荷输运,从而抑制载流子复合,提升器件的短路电流。目前这种方法在有机/聚合物太阳电池领域已经应用非常广泛,但将之应用在聚合物光电探测器方面还鲜有报道。在第二章中,我们通过使用四氢呋喃溶剂对探测器活性层进行溶剂蒸汽退火处理的办法,调控PCDTBT:PC₇₁BM混合物薄膜的形貌,,成功将探测器的光响应度从90 mA/W提升到了185 mA/W,增幅超过100%,且避免了探测器的暗电流密度变大,最终将探测器的比探测率从1.86×10¹²Jones增加到了5.94×10¹²Jones。在论文的第三章,我们制备了基于PBDTTT-C-T:PC₇₁BM和倒置结构的聚合物光电探测器,并将之与正装结构的探测器相对比。实验表明,两种器件结构的外量子效率（EQE）相当,但倒置器件的暗电流密度较正装器件的要小2到3个数量级,因而倒置器件的比探测率大大优于常规的正装器件。在此基础上,我们实现了峰值比探测率达到1.58×10¹³ Jones聚合物光电探测器。除此之外,器件的开关比达到了10⁵量级,频率响应达到17 MHz,线性动态区约为90 dB,具备优秀的综合性能。联系半导体/金属接触的能级理论,我们对器件的机理进行了分析,认为倒置结构中阳极界面MoO₃/Al与聚合物半导体之间具有更大的肖特基势垒是抑制暗电流密度的关键原因。除此之外,研究还发现,在载流子迁移率足够高的前提下,厚度达数百纳米的光电探测器可以同时满足具有高的响应度和更低的暗电流密度,从而获得更高的比探测率,本章也详细分析了其物理机制。对于某些材料体系,由于阴极界面与活性层的浸润性问题,会限制倒置器件结构的应用。在这种条件下,为了获得高性能的聚合物光电探测器,论文的第四章研究了以聚乙烯基咔唑（PVK）作为阳极界面层、基于PDPP3T:PC₇₁BM混合物薄膜为光活性层的聚合物光电探测器。实验结果表明,与基于以PEDOT:PSS为阳极界面层的器件相比,基于聚乙烯基咔唑（PVK）作为阳极界面层的光电探测器具有更小的暗电流密度,且具有相当的光响应度,从而利于获得更高的比探测率。对于探测器的其他性能参数,比如频率响应、时间响应、线性动态区域等参数,PVK阳极界面取代PEDOT:PSS后它们没有明显的差异,表明这一方法是简便可行的获得高性能光电探测器的重要手段。