近年来,得益于有机半导体材料的快速发展以及对器件结构的设计及持续优化,有机光电探测器得到了快速的发展,使得其有望成为下一代商业化的光电探测器。在实际应用中,光电探测器需要面对复杂的应用场景,不同应用场景对光电探测器各方面的性能参数都提出了不同的要求。目前,有机光电探测器的器件结构以及器件工作机制较为单一,使得光电探测器的响应度以及光谱响应范围被有机半导体材料的光学及电学特性所限,进一步限制了其应用场景的拓展。本论文立足于倍增型有机光电探测器,瞄准倍增型有机光电探测器的应用场景需求,以有机半导体材料为基础,从材料甄选以及器件结构设计出发,以调控器件内部光场分布为重点,充分发挥有机半导体材料在光学、电学方面的优势以及有机光电探测器制备工艺的灵活性,对倍增型有机光电探测器的光谱响应带宽进行调控,着重探索器件内部光场分布对其性能及光谱响应带宽的影响。主要研究内容如下:(1)通过调控给受体比例为100:1的活性层的自组装过程,对活性层中给体分子的排布以及陷阱电荷的体分布进行有效的调控。当活性层自组装时间较短时,给体分子倾向于face-on排布,有利于空穴沿着垂直于基底方向传输,此外,短的活性层自组装时间提高了电子受体在活性层上表面附近的含量。在两者的共同作用下,增强了陷阱诱导的空穴隧穿注入能力以及注入空穴在活性层中的传输能力,提高了倍增型有机光电探测器的综合性能。(2)利用非富勒烯电子受体材料作为电子陷阱,通过与以富勒烯材料作为电子陷阱的光电探测器作对照,调控了活性层中的电子陷阱深度以及激子解离效率,研究了上述两种因素对倍增型有机光电探测器性能的影响,实验表明,深的电子陷阱以及大的激子解离效率有利于获得高性能的倍增型有机光电探测器。此外,验证了 1%的电子受体对器件光谱响应范围的拓展作用,该研究加深了对倍增型有机光电探测器工作机制的理解。(3)在前两个工作的基础上,通过在以P3HT:PC71BM(100:1)为活性层的二元体系中掺入不同比例的窄带隙第二给体,研究了不同比例第二给体对倍增型有机光电探测器光谱响应范围的拓展机制以及器件性能的影响,研究双给体与受体之间的陷阱电荷的捕获机制以及电荷的注入和传输机制。实现了光谱响应范围覆盖紫外到近红外的宽带响应倍增型有机光电探测器,在近红外波段最大的外量子效率达到38,000%,同行认为这是一种获得高近红外响应的有效方法。(4)提出了“电荷注入窄化(charge injection narrowing，CIN)”概念,通过调控倍增型有机光电探测器活性层的厚度,调控了器件内部特别是金属电极附近的光场分布以及陷阱电荷分布,当活性层厚度为2.5 μm时,实现了响应半高全宽小于30nm的窄带响应倍增型有机光电探测器,最大外量子效率达到53,500%。通过与给受体比例为1:1的窄带响应二极管型有机光电探测器对比,结果表明活性层吸收光谱下降沿的陡缓程度对窄带响应的半高全宽起着至关重要的作用,吸收光谱的下降沿越陡,窄带响应的半高全宽越小。(5)以上工作分别获得了宽带及窄带响应倍增型有机光电探测器。利用半透明金属作为电极,为器件增加了额外的入射光窗口,成功将宽带响应与窄带响应集成到单个倍增型有机光电探测器中,当入射光由ITO电极一侧入射时,器件呈现出窄带响应特性,当入射光由半透明金属电极一侧入射时,器件呈现出宽带响应特性。通过调控半透明金属电极的厚度,优化了宽带与窄带响应外量子效率值的相对大小。通过在活性层掺入窄带隙第二给体,成功将宽带响应拓展到了近红外波段,同时将窄带响应调节至近红外波段,验证了该器件光谱响应范围的可调节性。(6)鉴于钙钛矿材料良好的光学及电学特性以及甲胺卤化铅钙钛矿较大的光学带隙使得所制备光电探测器光谱响应范围受限,本部分(见附录A)利用窄带隙钙钛矿作为活性层,制备了光谱响应范围覆盖紫外到近红外的宽带响应钙钛矿光电探测器,其光谱响应最远可拓展至1,050 nm。通过对钙钛矿活性层及电子传输层厚度的优化,进一步提高了器件在近红外波段的响应,同时降低了器件的暗电流,提高了探测灵敏度。