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噻吩—异靛蓝聚合物/无机纳米基光电探测器及器件研究

霍泽娟  
【摘要】:近年来有机光电探测(PD)器具有柔性、低功率、大面积探测、响应速度快、可室温下进行探测工作等优点,已成为科学家研究的热点。异靛蓝在聚合物中是常用的受体单元,将异靛蓝中的苯环用噻吩取代得噻吩-异靛蓝,该分子中噻吩的S原子与内酰胺基中羰基的O原子通过非键相互作用可提高单体的共面性使光谱红移和电子迁移率提高。因此,本论文设计和合成一系列窄带隙噻吩-异靛蓝基的聚合物和有机小分子,有利于制备出宽光谱响应高灵敏度的光探测器。本论文第二章我们通过Stille偶联反应得到六种噻吩-异靛蓝基的聚合物。(1)聚合物PTIIG-T(光学带隙(E_g)=0.91 e V)、PTIIG-TT(E_g=0.92 e V)、PTIIG-DT(E_g=1.00 e V)、PTIIG-DT24(E_g=1.06 e V)、PTIIG-BDT(E_g=1.01 e V)和PTIIG-IDT(E_g=1.11 e V)的光谱响应范围分别为300~1360、300~1300、300~1100、300~1100、300~1200和300~1100 nm。(2)PTIIG-TT/PC_(61)BM在零偏压下,以PFN和Cd S做阴极传输层测得暗电流密度分别为5.0×10~(-9)和1.3×10~(-9) A/cm~2,当活性层为PTIIG-TT/PC_(61)BM(1:1),PFN(Cd S)做阴极传输层在波长800 nm处EQE为1.6(1.0)%,探测率为2.6×10~(11)(3.1×10~(11))Jones。PTIIG-DT/PC_(61)BM在零偏压下,暗电流密度为2.4×10~(-8) A/cm~2,在波长800 nm处EQE为9.6%,探测率为7.9×10~(11) Jones。PTIIG-DT24/PC_(61)BM在零偏压下,以PFN和Cd S做阴极传输层暗电流密度分别为4.1×10~(-8)和1.3×10~(-8) A/cm~2,当活性层为PTIIG-DT24/PC_(61)BM(1:2),PFN(Cd S)做阴极传输层在波长800 nm处EQE为0.5(0.1)%,探测率为2.7×10~(10)(9.6×10~9)Jones。PTIIG-BDT/PC_(61)BM在零偏压下,暗电流密度为3.1×10~(-9 )A/cm~2,在波长800 nm处EQE为0.8%,探测率为1.9×10~(11) Jones。论文第三章我们通过Suzuki反应合成两种溶解性较好的有机小分子TIIG-2Py和TIIG-2PCN。(1)化合物TIIG-2Py(E_g=1.57 e V)和TIIG-2PCN(E_g=1.62 e V)的光谱响应范围均为300~800 nm;(2)当光学活性层为TIIG-2Py/PC_(61)BM且以PFN做阴极传输层测试光伏性能时,器件的PCE最高为1.88%,以Cd S做阴极传输层时测得PCE为1.39%。(3)TIIG-2Py/PC_(61)BM和TIIG-2PCN/PC_(61)BM在零偏压下,以PFN(Cd S)做阴极传输层暗电流密度分别为9.1×10~(-9)(2.5×10~(-8))和2.1×10~(-8)(1.4×10~(-9))A/cm~2。当活性层为PTIIG-2Py/PC_(61)BM(1:1),PFN(Cd S)做阴极传输层在波长600 nm处EQE为33.0(28.4)%,探测率为3.0×10~(12)(1.5×10~(12))Jones,当活性层为PTIIG-2PCN/PC_(61)BM(1:2),PFN(Cd S)做阴极传输层在波长600 nm处EQE为4.6(4.9)%,探测率为2.7×10~(11)(1.1×10~(12))Jones。论文第四章我们通过Stille偶联反应合成2种溶解性较好的三元共聚物PTIIG-T-ID和PTIIG-IDT-ID。(1)聚合物PTIIG-T-ID(E_g=0.95 e V)和PTIIG-IDT-ID(E_g=1.11 e V)的光谱响应范围分别为300~1300和300~1100 nm;(2)材料PTIIG-IDT-ID/PC_(61)BM在室温和零偏压下,暗电流密度分别为1.4×10~(-9) A/cm~2,在波长800 nm处EQE为0.8%,探测率为2.5×10~(11) Jones。


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