基于空穴隧穿注入的倍增型有机光电探测器的制备及机理研究
发布时间：2022-07-15 13:19
光电探测器作为智能光电系统的重要组成部分,已经引起了多学科领域的极大关注。光电倍增对于高灵敏光电探测器来说是理想的;它可以避免使用复杂的前置放大器电路,进一步简化光电探测系统的设计并降低成本,有利于集成光电子产品的发展。由于有机半导体材料具有大的激子结合能,有机光电探测器不可能通过利用无机探测器中碰撞电离以及雪崩效应的机理来实现光电流的倍增。界面陷阱诱导电荷隧穿注入成为当前实现倍增型有机光电探测器的主要工作机制。本论文的研究工作以具有单载流子传输特性的倍增型有机光电探测器为基础,从器件物理的角度出发,通过界面工程、器件结构设计、材料甄选,拓宽倍增型有机光电探测器的响应光谱、实现光谱响应可调节的倍增型有机光电探测器,并为实现具有单载流子传输特性的倍增型有机光电探测器提供新的认识。主要研究内容和结论包括:（1）实现了可工作在双向偏压下的光谱响应范围可调的倍增型有机光电探测器。该探测器在正向偏压和反向偏压下的倍增效应都来源于界面陷阱诱导的量子隧穿;其EQE光谱对注入电极附近被俘获光生电子分布具有依赖性。通过调控器件中光场分布及其注入电极附近被俘获光生电子分布,可以实现宽响应和窄响应。（2）制...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
序言
1 引言
1.1 光电探测器的研究背景
1.1.1 有机光电探测器的研究现状
1.1.2 光电探测器分类与工作机理
1.1.3 光电探测器的主要性能参数
1.2 倍增型有机光电探测器的研究进展
1.2.1 宽响应倍增型有机光电探测器
1.2.2 窄响应倍增型有机光电探测器
1.3 倍增型有机光电探测器的研究趋势
1.4 本论文的选题依据与研究内容
2 双向偏压下倍增型有机光电探测器
2.1 双向偏压下宽响应倍增型有机光电探测器的研究
2.1.1 器件制备与表征
2.1.2 基于不同ITO界面修饰层的倍增型有机光电探测器的J-V特性
2.1.3 双向偏压下倍增型有机光电探测器的工作机理与光谱响应
2.1.4 不同界面修饰层对有源层中分子排布与器件性能的影响
2.1.5 双向偏压下宽响应倍增型有机光电探测器的响应度与探测度
2.2 双向偏压下窄响应倍增型有机光电探测器的研究
2.2.1 器件制备与表征
2.2.2 通过改变有源层厚度实现双向偏压下的窄响应光谱
2.2.3 双向偏压窄响应对注入电极附近被俘获光生电子分布的依赖性
2.2.4 双向偏压下窄响应倍增型有机光电探测器的性能参数
2.3 双向偏压下宽响应和窄响应的倍增型有机光电探测器的研究
2.3.1 器件制备与表征
2.3.2 利用三元策略调控光场分布实现正向偏压下宽响应
2.3.3 通过改变有源层厚度调控光场分布实现反向偏压下窄响应
2.3.4 兼具宽响应和窄响应的倍增型有机光电探测器的性能参数
2.4 本章小结
3 倍增型全聚合物光电探测器
3.1 器件制备与表征
3.2 实验结果与机理研究
3.2.1 调控PBDB-T:PZ1比例优化倍增型全聚合物光电探测器性能
3.2.2 倍增型全聚合物光电探测器的工作机理与单载流子传输特性
3.2.3 优化的倍增型全聚合物光电探测器的主要性能参数
3.3 本章小结
4 窄带隙非富勒烯作陷阱的宽响应倍增型有机光电探测器
4.1 基于单有源层的宽响应倍增型有机光电探测器的研究
4.1.1 器件制备与表征
4.1.2 调控有源层中给受体比例优化倍增型有机光电探测器响应光谱
4.1.3 单有源层宽响应倍增型有机光电探测器的工作机理与响应特性
4.1.4 单有源层宽响应倍增型有机光电探测器的主要性能参数
4.2 基于双有源层的宽响应倍增型有机光电探测器的研究
4.2.1 器件制备与表征
4.2.2 调控各有源层厚度优化倍增型有机光电探测器的响应光谱
4.2.3 双有源层倍增型有机光电探测器的工作机理与响应特性
4.2.4 双有源层倍增型有机光电探测器与单有源层有机光电探测器
4.2.5 双有源层宽响应倍增型有机光电探测器的主要性能参数
4.3 本章小结
5 基于双给体体异质结的倍增型有机光电探测器
5.1 器件制备与表征
5.2 实验结果与机理研究
5.2.1 基于双给体体异质结的倍增型与二极管型有机光电探测器
5.2.2 双给体体异质结倍增型有机光电探测器的主要性能参数
5.2.3 双给体体异质结倍增型有机光电探测器的普适性研究
5.3 本章小结
6 结论
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photomultiplication type all-polymer photodetectors with single carrier transport property[J]. Jianli Miao,Mingde Du,Ying Fang,Xiaoli Zhang,Fujun Zhang. Science China（Chemistry）. 2019(12)
[2]Solvent additive-free ternary polymer solar cells with 16.27% ef?ciency[J]. Qiaoshi An,Xiaoling Ma,Jinhua Gao,Fujun Zhang. Science Bulletin. 2019(08)
[3]11.2% Efficiency all-polymer solar cells with high open-circuit voltage[J]. Yuan Meng,Jingnan Wu,Xia Guo,Wenyan Su,Lei Zhu,Jin Fang,Zhi-Guo Zhang,Feng Liu,Maojie Zhang,Thomas P.Russell,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2019(07)
博士论文
[1]响应范围可调倍增型有机光电探测器的制备及机理研究[D]. 王文斌.北京交通大学 2019
[2]新型光电探测器的制备与机理研究[D]. 李凌亮.北京交通大学 2018
硕士论文
[1]基于P3HT：PC71BM体系光电倍增型探测器性能提升及响应范围拓展的研究[D]. 高米勒.北京交通大学 2017
本文编号：3662122
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
序言
1 引言
1.1 光电探测器的研究背景
1.1.1 有机光电探测器的研究现状
1.1.2 光电探测器分类与工作机理
1.1.3 光电探测器的主要性能参数
1.2 倍增型有机光电探测器的研究进展
1.2.1 宽响应倍增型有机光电探测器
1.2.2 窄响应倍增型有机光电探测器
1.3 倍增型有机光电探测器的研究趋势
1.4 本论文的选题依据与研究内容
2 双向偏压下倍增型有机光电探测器
2.1 双向偏压下宽响应倍增型有机光电探测器的研究
2.1.1 器件制备与表征
2.1.2 基于不同ITO界面修饰层的倍增型有机光电探测器的J-V特性
2.1.3 双向偏压下倍增型有机光电探测器的工作机理与光谱响应
2.1.4 不同界面修饰层对有源层中分子排布与器件性能的影响
2.1.5 双向偏压下宽响应倍增型有机光电探测器的响应度与探测度
2.2 双向偏压下窄响应倍增型有机光电探测器的研究
2.2.1 器件制备与表征
2.2.2 通过改变有源层厚度实现双向偏压下的窄响应光谱
2.2.3 双向偏压窄响应对注入电极附近被俘获光生电子分布的依赖性
2.2.4 双向偏压下窄响应倍增型有机光电探测器的性能参数
2.3 双向偏压下宽响应和窄响应的倍增型有机光电探测器的研究
2.3.1 器件制备与表征
2.3.2 利用三元策略调控光场分布实现正向偏压下宽响应
2.3.3 通过改变有源层厚度调控光场分布实现反向偏压下窄响应
2.3.4 兼具宽响应和窄响应的倍增型有机光电探测器的性能参数
2.4 本章小结
3 倍增型全聚合物光电探测器
3.1 器件制备与表征
3.2 实验结果与机理研究
3.2.1 调控PBDB-T:PZ1比例优化倍增型全聚合物光电探测器性能
3.2.2 倍增型全聚合物光电探测器的工作机理与单载流子传输特性
3.2.3 优化的倍增型全聚合物光电探测器的主要性能参数
3.3 本章小结
4 窄带隙非富勒烯作陷阱的宽响应倍增型有机光电探测器
4.1 基于单有源层的宽响应倍增型有机光电探测器的研究
4.1.1 器件制备与表征
4.1.2 调控有源层中给受体比例优化倍增型有机光电探测器响应光谱
4.1.3 单有源层宽响应倍增型有机光电探测器的工作机理与响应特性
4.1.4 单有源层宽响应倍增型有机光电探测器的主要性能参数
4.2 基于双有源层的宽响应倍增型有机光电探测器的研究
4.2.1 器件制备与表征
4.2.2 调控各有源层厚度优化倍增型有机光电探测器的响应光谱
4.2.3 双有源层倍增型有机光电探测器的工作机理与响应特性
4.2.4 双有源层倍增型有机光电探测器与单有源层有机光电探测器
4.2.5 双有源层宽响应倍增型有机光电探测器的主要性能参数
4.3 本章小结
5 基于双给体体异质结的倍增型有机光电探测器
5.1 器件制备与表征
5.2 实验结果与机理研究
5.2.1 基于双给体体异质结的倍增型与二极管型有机光电探测器
5.2.2 双给体体异质结倍增型有机光电探测器的主要性能参数
5.2.3 双给体体异质结倍增型有机光电探测器的普适性研究
5.3 本章小结
6 结论
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]Photomultiplication type all-polymer photodetectors with single carrier transport property[J]. Jianli Miao,Mingde Du,Ying Fang,Xiaoli Zhang,Fujun Zhang. Science China（Chemistry）. 2019(12)
[2]Solvent additive-free ternary polymer solar cells with 16.27% ef?ciency[J]. Qiaoshi An,Xiaoling Ma,Jinhua Gao,Fujun Zhang. Science Bulletin. 2019(08)
[3]11.2% Efficiency all-polymer solar cells with high open-circuit voltage[J]. Yuan Meng,Jingnan Wu,Xia Guo,Wenyan Su,Lei Zhu,Jin Fang,Zhi-Guo Zhang,Feng Liu,Maojie Zhang,Thomas P.Russell,Yongfang Li. Science China（Chemistry）. 2019(07)
博士论文
[1]响应范围可调倍增型有机光电探测器的制备及机理研究[D]. 王文斌.北京交通大学 2019
[2]新型光电探测器的制备与机理研究[D]. 李凌亮.北京交通大学 2018
硕士论文
[1]基于P3HT：PC71BM体系光电倍增型探测器性能提升及响应范围拓展的研究[D]. 高米勒.北京交通大学 2017
本文编号：3662122
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