可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR-OPDs及其制備方法和應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs及其制備方法和應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)具體涉及一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs及其制備方法和應(yīng)用，屬于有機(jī)半導(dǎo)體


技術(shù)介紹

[0002]近年來，近紅外有機(jī)光電探測器(near
?
infrared organic photodetectors,NIR
?
OPDs)的研究成為一項具有重要科學(xué)意義的命題。目前，近紅外有機(jī)光電探測器在機(jī)器視覺、光通信、導(dǎo)彈制導(dǎo)、生物成像和醫(yī)學(xué)監(jiān)測等涉及軍事和國民生活的各個領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
[0003]在新興的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，近紅外有機(jī)光電探測器受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因為生物信號微弱且變化迅速，進(jìn)而更加難以定位與捕獲，如人體動脈脈搏。所以需要發(fā)展具有快速響應(yīng)、高探測率以及便于定位的近紅外有機(jī)光電探測器，來實現(xiàn)對微弱生物信號的監(jiān)測。近年來，Jianfei Huang等人在“Advanced Materials”上發(fā)表的“A High
?
Performance Solution
?
Processed Organic Photodetector for Near
?
Infrared Sensing”，Binghao Wang等人在“Journal of Materials ChemistryC”上發(fā)表的“Molecular doping of near
?
infrared organic photodetectors for photoplethysmogram sensors”均記載了利用有機(jī)光電探測器輸出電信號的特點監(jiān)測了掌指動脈的脈搏信息，即通過電信號定位脈搏來實現(xiàn)監(jiān)測，但是采用電信號定位脈搏還需要采用專門設(shè)備對電信號進(jìn)行處理與顯示，使得定位過程比較復(fù)雜，可視化成本較高，目前已報道的近紅外有機(jī)光電探測器未能很好解決微弱生物信號定位與捕獲的問題。
[0004]此外，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，生物成像是一個熱門的研究方向。已報道的有機(jī)光電探測器成像系統(tǒng)普遍依賴于讀出電路和陣列，例如Yimmin Wu等于2019年在“Advanced Materials”上發(fā)表的“A Highly Responsive Organic Image Sensor based on a Two
?
Terminal Organic Photodetector with Photomultiplication”，Yuchen Qiu等于2021年在“Small”上發(fā)表的“Scalable Single
?
Crystalline Organic 1D Arrays for Image Sensor”，這些文獻(xiàn)中均將器件制備成陣列式的以方便于成像，因為這些器件只存在電信號的輸出，這大大增加了近紅外有機(jī)光電探測器實現(xiàn)生物成像的難度與復(fù)雜度。因此，提高近紅外有機(jī)光電探測器的性能并且降低生物成像的復(fù)雜性，對于推動近紅外有機(jī)光電探測器在生物成像領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。在這方面，本課題組在2021年“Advanced Materials”上發(fā)表的“Efficient Organic Upconversion Devices for Low Energy Consumption and High
?
Quality Noninvasive Imaging”中利用上轉(zhuǎn)換方式實現(xiàn)了生物標(biāo)本直接成像，并不需要外加電路和陣列，但是該器件所采用的三元體異質(zhì)結(jié)在界面形貌、D/A接觸、激子解離效率上難以滿足需求，導(dǎo)致電荷遷移率和有效電荷提取效率上偏低，難以保證高的發(fā)光亮度及光子轉(zhuǎn)換效率，整體表現(xiàn)在能夠檢測到最微弱的光功率僅為3.2μW/cm2，成像清晰度一般，不能將標(biāo)本中細(xì)微的部位區(qū)分清楚。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]針對上述
技術(shù)介紹
中存在的各種問題，本專利技術(shù)提出了一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs，通過引入功能層、三元活性層以及發(fā)射層，實現(xiàn)了光電信號的同步輸出，首次實現(xiàn)了動脈脈搏的光信號可視化和透射型病理樣本成像清晰化。
[0006]本專利技術(shù)提供如下的技術(shù)方案：
[0007]一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs，其特征在于，包括自下而上依次設(shè)置的玻璃襯底、透明導(dǎo)電陰極、第一功能層、光活性層(D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM)、第二功能層(TAPC)、發(fā)射層(CBP:Ir(ppy)2acac)、第三功能層(B3PyMPM)和陽極電極。
[0008]進(jìn)一步地，透明導(dǎo)電陰極為ITO，厚度為120
?
180nm；
[0009]第一功能層為電子傳輸層ZnO，厚度為30nm，所述電子傳輸層可以起到傳輸光生電子到陰極被捕獲，以及作為勢壘層阻擋陰極空穴的注入，有效減少暗電流的作用；
[0010]光活性層為D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM三元體異質(zhì)結(jié)層，所述活性層可以吸收近紅外光信號，產(chǎn)生光生激子，工作波段在300
?
1100nm，通過給/受體之間的內(nèi)建的電場使得光生激子的分離，進(jìn)一步產(chǎn)生光電流即電信號；
[0011]第二功能層為空穴傳輸層TAPC，所述第二功能層可以起到傳輸光生空穴的作用，以及作為勢壘層阻擋陽極電子的傳輸，有效減少暗電流；
[0012]發(fā)射層為CBP:Ir(ppy)2acac，陽極電子注入到發(fā)射層中，與從光活性層中解離并傳輸過來的光生空穴復(fù)合，最后在發(fā)射層中發(fā)光產(chǎn)生光信號；
[0013]第三功能層為光生空穴阻擋層B3PyMPM；
[0014]陽極包括LiF/Al。
[0015]另一方面，本專利技術(shù)提供了一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0016]步驟1：用洗滌劑洗滌鍍有ITO的玻璃基板，并在120℃的烘箱中干燥2h，再對清洗干凈的玻璃基片表面進(jìn)行30min的紫外處理；
[0017]步驟2：配制ZnO電子傳輸層前驅(qū)液，在步驟1處理后的玻璃基片表面以5000rpm的速度旋涂ZnO前驅(qū)液30s，再在200℃下于空氣中退火1小時，得到所述電子傳輸層ZnO；
[0018]步驟3：配制質(zhì)量比為1:1.5:0.1的D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM光活性層溶液，溶劑為氯仿，總濃度為10mg/ml，在步驟2所制備的所述ZnO基礎(chǔ)上以3600rpm的速度在手套箱中旋涂40s，然后在氯仿溶劑氛圍中退火5min，得到所述光活性層D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM；
[0019]步驟4：在有機(jī)氣相沉積系統(tǒng)的蒸鍍倉內(nèi)，采用蒸鍍法依次將空穴傳輸層TAPC、發(fā)射層CBP:Ir(ppy)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs，其特征在于，包括自下而上依次設(shè)置的所述玻璃襯底、透明導(dǎo)電陰極、第一功能層、光活性層、第二功能層、發(fā)射層、第三功能層和陽極電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs，其特征在于，所述透明導(dǎo)電陰極為ITO，厚度為120
?
180nm；所述第一功能層為電子傳輸層ZnO，厚度為30nm；所述光活性層為D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM三元體異質(zhì)結(jié)層；所述第二功能層為空穴傳輸層TAPC；所述發(fā)射層為CBP:Ir(ppy)2acac；所述第三功能層為光生空穴阻擋層B3PyMPM；所述陽極電極為LiF/Al。3.根據(jù)權(quán)利要求1
?
2任一項所述的一種可實現(xiàn)光信號和電信號同步輸出的NIR
?
OPDs的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：用洗滌劑洗滌鍍有ITO的玻璃基板，并在120℃的烘箱中干燥2h，再對清洗干凈的玻璃基片表面進(jìn)行30min的紫外臭氧處理；步驟2：配制ZnO電子傳輸層前驅(qū)液，在步驟1處理后的玻璃基片表面以5000rpm的速度旋涂ZnO前驅(qū)液30s，再在200℃下于空氣中退火1小時，得到所述電子傳輸層ZnO；步驟3：配制質(zhì)量比為1:1.5:0.1的D18
?
Cl:Y6:PC
71
BM光活性層溶液，溶劑為氯仿，總濃度為10mg/ml，在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜曉揚，何澤宇，唐浩然，陶斯祿，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：