紫外到近红外光探测器材料的合成及表征

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Jany9538235
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近些年研究发现,通过设计合成能级、带隙、电荷迁移性能等均可调节的窄带隙共轭聚合物,进而可以制备出具有较宽光谱响应、较高灵敏度的有机聚合物光探测器(PPDs),使得基于这些聚合物的探测器具有连续的宽频带的工作范围,这一特征恰巧可以克服基于无机材料的多种探测器联合使用的操作复杂性问题。另外,类似于聚合物太阳电池,PPDs也可以采用体异质结结构(BHJ),即通过给体与受体共混制备活性层,通过在共轭聚合物与富勒烯的界面处存在的超快电荷转移,使得PPDs有响应快、灵敏度高等特点。基于上述优势,新型共轭聚合物光探测器电子给、受体材料被广泛研究。第二章,通过Stille聚合反应将电子受体2,5-双(2-癸基十四烷基)-3,6-二(噻吩-2-基)-2,5-二氢吡咯并[3,4-c]吡咯-1,4-二酮(DPP)与电子给体3,3’-二甲氧基-2,2’-联噻吩反应得到一种新型窄带隙共轭聚合物POT-DPP。测试结果表明:聚合物的吸收范围为600-1100 nm,其带边位于1020 nm处,光学带隙(Eg)为1.22 eV;测得其HOMO能级为-4.83eV,LUMO能级为-3.61 eV;对该聚合物进行的变温吸收和X射线衍射测试,发现聚合物在溶液和薄膜状态下均能够表现出明显的聚集行为;且由该聚合物做电子给体,富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)作为电子受体制备了聚合物光探测器件,器件结构为ITO/ZnO/POT-DPP:PC71BM/MoO3/Ag,给、受体最优质量比为1:1.5,溶液添加剂DIO添加体积比为2%,最优退火温度为130℃,此时的光伏性能为:Voc=0.32 eV,Jsc=15.06 mA/cm2,FF=55.99%,PCE=2.71%,且,该聚合物光探测器件在0 V偏压下,PFN作为阴极修饰层,光谱响应范围内(400-950 nm)的探测率(D*)接近10144 Jones;在-0.1 V偏压下,400-950 nm范围内,阴极修饰层为PFN、ZnO及PFN/ZnO三种器件结构的D*均达到10111 Jones以上;在-0.5 V偏压下,400-950 nm范围内,三种不同阴极修饰层的D*均达到10100 Jones,PFN/ZnO作为阴极修饰层制成的器件的D*达到了1011Jones。且该种聚合物光探测器件的响应度和线性动态范围均显示出了良好的性能。第三章,通过Stille聚合反应将基于苯并吡嗪单元的电子受体单元2,3-双(4-(2-辛基)十二烷氧基苯基)-5,8-二溴苯并噻二唑并吡嗪(TQ)与未经优化的电子给体噻吩(T)和噻吩并[3,2-b]噻吩(TT)分别反应得到两种新型窄带隙共轭聚合物PTQ-T、PTQ-TT。测试结果表明:两种聚合物在溶液中的吸收范围大约在600-1900 nm,带边均延伸至了近2000 nm处,Eg分别为0.67 eV(PTQ-T)和0.62 eV(PTQ-TT);由两种聚合物充当活性层制成了聚合物光探测器件,器件结构为ITO/ZnO/pure donor/MoO3/Ag,测得聚合物PTQ-TT在1000nm处的EQE为0.127%,较高于聚合物PTQ-T(0.077%);由聚合物PTQ-T与富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C60-丁酸甲酯(PC60BM)制成得器件结构为ITO/Zn O/active layer:PC60BM/MoO3/Ag的光探测器件在添加了溶剂添加剂DIO(1%)之后,测得其在1000 nm处的EQE为0.2%,105 Hz下的介电常数为6.4,Voc为0.17 V,Jsc为0.66 mA/cm2,FF为38%,-1V下的暗电流为4.87×10-44 A/cm2;未添加DIO的EQE为0.18%,105 Hz下的介电常数为5.1。第四章,通过Stille聚合反应将含有噻吩-异靛蓝(TII)的电子受体(E)-2,2’-2溴-4-4’-2(2-癸基-十二烷基)-(6,6’-2噻吩并[3,2-b’]吡咯)-5,6-二酮(TIIG)与电子给体3,3’-二甲氧基-2,2’-联噻吩反应得到一种新型窄带隙共轭聚合物PTIIG-DTO。测试结果表明:聚合物的吸收范围为400-1600 nm,其带边位于1600 nm处,光学带隙(Eg)为0.775 eV;测得其HOMO能级为-4.433 eV,LUMO能级为-3.658 eV;105 Hz下的介电常数为11.6;由该纯聚合物单独充当活性层的器件结构为ITO/ZnO/pure donor/MoO3/Ag的聚合物光探测器在1000 nm处的EQE为0.18%。
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