高灵敏度、宽光谱响应聚合物光伏型光探测器窄带隙聚合物的合成与器件的研究

在前期高灵敏度、宽光谱响应聚合物光探测器件研究以及用于宽光谱响应、高灵敏度聚合物光探测器用窄带隙共轭聚合物研究的基础上。本项目拟设计合成一系列带隙更窄、光谱吸收更宽的共轭聚合物，将聚合物光探测器件的光谱响应扩展到1750 nm或更长的波长（达到或超过Si-InGaAs双色器件的光谱响应范围）；同时，通过调节聚合物在各个波段的吸光性能，使聚合物光探测器件在300-1750 nm光谱范围内的光谱响应基本符合Si-InGaAs双色器件的光响应特征。另一方面，在前期水溶性共轭聚合物作为电子阻挡层或阴极修饰层提高聚合物光伏器件整流因子以及开路电压等工作的基础上，对器件中空穴阻挡层和电子阻挡层、尤其是对电子阻挡层的进一步优化，提高器件的性能，进而制备出光谱响应更宽、灵敏度更高的聚合物光探测器件，并为全溶液法制备聚合物光探测器件提供有益的信息。

本项目设计合成了一系列带隙窄、光谱吸收较宽的共轭聚合物PBDT-BTQ和PBDT-BTQ-BT，将聚合物光探测器件的光谱响应扩展到1300 nm。其次，我们合成了具有较低HOMO能级的化合物（BNA）。该材料在有机光电器件中可起到空穴阻挡作用。我们研究了不同BNA层厚对器件性能的影响，结果表明BNA层能明显提高器件的光与暗电流之比，从而提升了器件的灵敏度。这主要是由于该层能阻止空穴和激子向Al电极扩散而避免激子猝灭，因此提高了载流子的收集效率。此外，我们合成了500 nm以后透射很高的醇溶性聚合物PBN和PBNBr，用PBN和PBNBr作阴极界面修饰层制备了倒置结构的光伏型光电探测器，同时制备了MoO3/Ag/PBN为中间连接层的高性能的叠层器件。最后，我们设计并合成了多环thienoacene衍生物，二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]苯并[1,2-b:4,5-b′]二噻吩(DTBDT)和二噻并[2,3-d:2′,3′-d′]萘并[1,2-b:3,4-b′]二噻吩(NDT)单元。基于DTBDT和NDT构建了一些共轭聚合物，并对其光谱、电化学以及光伏等性能进行了表征。