本發(fā)明涉及紫外光探測(cè)器，特別是涉及一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、紫外線(xiàn)傳感設(shè)備在多個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域、半導(dǎo)體微芯片制造領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域等，紫外線(xiàn)傳感設(shè)備通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量，能夠幫助人們了解紫外線(xiàn)的強(qiáng)度，進(jìn)而采取防護(hù)措施或加以應(yīng)用。

2、紫外線(xiàn)傳感器依據(jù)檢測(cè)原理不同可以分為光致變色傳感器和光電探測(cè)器，作為紫外光檢測(cè)和測(cè)量的主要設(shè)備。其中光致變色傳感器重復(fù)性差，瞬時(shí)響應(yīng)強(qiáng)度低，光致變色傳感器對(duì)微弱的光信號(hào)變化不敏感，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，這限制了其在需要高精度測(cè)量的場(chǎng)合應(yīng)用。

3、紫外光電探測(cè)器被認(rèn)為是現(xiàn)代光電技術(shù)的重要組成部分，通過(guò)將紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，用來(lái)探測(cè)紫外輻射水平，紫外光電探測(cè)器不容易受到長(zhǎng)波長(zhǎng)電磁干擾，具有良好的隱蔽性，因此紫外光電探測(cè)器在空間探測(cè)和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在日常生活中，紫外光電探測(cè)器也可對(duì)如滅菌、水凈化處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、uv固化等技術(shù)過(guò)程中的紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)度和劑量進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，提供數(shù)據(jù)參考。

4、當(dāng)前對(duì)紫外線(xiàn)的研究主要集中在藍(lán)光以外的不可見(jiàn)輻射區(qū)域，紫外線(xiàn)輻射不可見(jiàn)區(qū)主要有三個(gè)，分別為：uvc(200-280nm)輻射光譜區(qū)、uvb(280-320nm)輻射光譜區(qū)和uva(320-400nm)輻射光譜區(qū)，由于這部分紫外輻射不能用肉眼觀察到，需要利用紫外光電探測(cè)器對(duì)其進(jìn)行觀察，尤其是對(duì)uva輻射光譜區(qū)的監(jiān)測(cè)：uva輻射光譜區(qū)(可見(jiàn)盲區(qū))又稱(chēng)長(zhǎng)波黑斑效應(yīng)紫外線(xiàn)，太陽(yáng)光中超過(guò)98％的uva能夠穿透臭氧層和云層達(dá)到地球表面，uva可以直接對(duì)人體的皮膚層造成影響，破壞皮膚中的彈性纖維和膠原蛋白纖維，使皮膚膚色變深和老化，長(zhǎng)期暴曬還有導(dǎo)致皮膚產(chǎn)生癌變的風(fēng)險(xiǎn)。

5、市面上常見(jiàn)的紫外光電探測(cè)器主要有光電倍增紫外光電探測(cè)器和硅(si)基紫外光電探測(cè)器，光電倍增紫外光電探測(cè)器雖然具有光敏面積大、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是光電倍增探測(cè)器體積龐大、制備成本高、對(duì)溫度敏感，導(dǎo)致其在許多應(yīng)用場(chǎng)景中使用受限；與光電倍增紫外光電探測(cè)器相比，硅基紫外光電探測(cè)器制備工藝成熟，適應(yīng)性好，應(yīng)用也更加廣泛，但是硅基紫外光電探測(cè)器的制備材料硅的帶隙相對(duì)較小，更有利于可見(jiàn)光響應(yīng)，而不利于對(duì)紫外線(xiàn)的響應(yīng)，因此需要額外利用濾光片和封裝技術(shù)來(lái)減少硅的廣泛光譜吸收，這樣會(huì)額外增加硅基紫外光電探測(cè)器設(shè)備的制備成本，還會(huì)增加設(shè)備的體積；不僅如此，在使用過(guò)程中，研究人員還發(fā)現(xiàn)原材料硅在高溫和高壓下的低電阻特性也會(huì)造成硅基紫外光電探測(cè)器性能降低。

6、綜上可見(jiàn)，目前市面上的紫外光電探測(cè)器在一定程度上都相對(duì)容易受到外界環(huán)境的影響，再加上原料特性的限制，影響了紫外光電探測(cè)器的使用，因此亟需一種能夠?qū)梢?jiàn)盲紫外光區(qū)進(jìn)行檢測(cè)的紫外光電探測(cè)器，既可以降低外界環(huán)境對(duì)紫外光電探測(cè)器的影響，提高對(duì)可見(jiàn)盲紫外光區(qū)檢測(cè)的靈敏性和準(zhǔn)確性，還具有小巧、便攜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，減少外界環(huán)境的限制，擴(kuò)大其使用場(chǎng)景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器；

2、本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器的制備方法。

3、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

4、一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器，也可被簡(jiǎn)稱(chēng)為有機(jī)紫外光電探測(cè)器，包括自下向上設(shè)置的透明剛性襯底、底電極、電子傳輸層、修飾層、光活性層、空穴傳輸層以及頂電極；或者是自下向上設(shè)置的透明剛性襯底、底電極、空穴傳輸層、光活性層、電子傳輸層以及頂電極。

5、進(jìn)一步地，所述光活性層為聚合物給體和有機(jī)受體共混形成的薄膜，所述聚合物給體包括但不限于pbdb-t、pm6、d18，有機(jī)受體以吸收紫外光的非富勒烯受體為主；

6、進(jìn)一步地，所述有機(jī)受體包括但不限于f-2f、ch-4f、ch-4cl、ch17、y6；

7、進(jìn)一步地，所述聚合物給體為pm6，所述有機(jī)受體為ch-4f；

8、進(jìn)一步地，所述聚合物給體和有機(jī)受體的質(zhì)量比為1:1-1:100，以實(shí)現(xiàn)光活性層對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收，從而改善器件的整體性能；

9、進(jìn)一步地，所述聚合物給體和有機(jī)受體的質(zhì)量比為1:1；

10、進(jìn)一步地，所述光活性層厚度為10nm-200nm。

11、進(jìn)一步地，所述透明剛性襯底包括但不限于石英片或其他對(duì)紫外光的透過(guò)率大于90％的高透光性的透明剛性基底；

12、進(jìn)一步地，所述透明剛性襯底為石英片。

13、進(jìn)一步地，所述底電極包括但不限于氧化銦錫、金屬納米線(xiàn)、碳納米管、導(dǎo)電聚合物、金屬網(wǎng)格、石墨烯、ph1000。

14、進(jìn)一步地，所述頂電極包括但不限于銀、金、鋰、鈣、鍶、鋇、銦、鎂、鋁、銅。

15、進(jìn)一步地，所述電子傳輸層為zno納米顆粒、zno納米晶、tio2、sno2、wo3、pdino、pndit-f3n的其中一種或多種。

16、進(jìn)一步地，所述空穴傳輸層包括但不限于moo3、pedot:pss、cuox、wo3、niox、sam-2pacz。

17、采用不同類(lèi)型的電子傳輸層和空穴傳輸層，可以調(diào)節(jié)有機(jī)紫外光電探測(cè)器的漏電流，從而改善工作偏壓下的有機(jī)光電探測(cè)器的暗電流，提升有機(jī)光電探測(cè)器的探測(cè)能力。

18、進(jìn)一步地，所述修飾層包括但不限于pfn-br、peie、pfn/pfbt。

19、由上述材料制備得到的有機(jī)紫外光電探測(cè)器，選擇具有高透光性的透明剛性襯底，可以提高紫外光電探測(cè)器對(duì)可見(jiàn)盲紫外光區(qū)的響應(yīng)度，光活性層通過(guò)聚合物給體和有機(jī)受體的合理搭配，能夠提高紫外光電探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)也能夠避免如硅基紫外光電探測(cè)器中由于原料硅的影響，導(dǎo)致探測(cè)器性能下降的問(wèn)題。

20、進(jìn)一步地，提供一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器的制備方法，具體地包括以下步驟：

21、s1、透明剛性襯底的準(zhǔn)備：

22、用玻璃清洗液、去離子水、丙酮、異丙醇依次超聲清洗透明剛性襯底，再使用氮?dú)鈽尨蹈赏该鲃傂砸r底表面，在紫外臭氧處理器中進(jìn)行照射，放置于玻璃培養(yǎng)皿中備用；

23、進(jìn)一步地，所述透明剛性襯底為石英片；

24、進(jìn)一步地，在紫外臭氧處理器中進(jìn)行照射15min；

25、s2、底電極的制備：

26、將配制好的底電極溶液旋涂到透明剛性襯底上，進(jìn)行退火處理后得到底電極；

27、進(jìn)一步地，旋涂轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)；

28、進(jìn)一步地，退火條件為：在130℃下退火0.5小時(shí)；

29、s3、空穴傳輸層的制備：

30、將空穴傳輸層材料與去離子水共混稀釋?zhuān)?jīng)超聲充分分散后使用濾膜過(guò)濾，并將其旋涂在底電極上，退火處理后得到空穴傳輸層；

31、進(jìn)一步地，空穴傳輸層材料與去離子水以1:1的比例共混稀釋?zhuān)?/p>

32、進(jìn)一步地，所述濾膜為pes?0.45微米孔徑濾膜；

33、進(jìn)一步地，所述退火條件為：在150℃下退火0.5小時(shí)；

34、s4、光活性層的制備：

35、將聚合物給體和有機(jī)受體按1:1-1:100的質(zhì)量比溶解于氯仿溶劑中，將配置好的溶液旋涂到空穴傳輸層上，退火后得到光活性層；

36、進(jìn)一步地，所述聚合物給體和有機(jī)受體按1:1-1:100的質(zhì)量比溶解于氯仿溶劑中，在45℃下溶解5小時(shí)再進(jìn)行旋涂，旋涂轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)；

37、進(jìn)一步地，所述退火條件為100℃下退火10分鐘；

38、s5、電子傳輸層的制備：

39、將電子傳輸層溶于甲醇中，攪拌后將配制好的溶液旋涂到活性層上，得到電子傳輸層；

40、進(jìn)一步地，將2g的電子傳輸層溶于2ml甲醇中，攪拌6小時(shí)后將配制好的溶液在3000轉(zhuǎn)下旋涂到活性層上，得到電子傳輸層；

41、s6、頂電極的蒸鍍：

42、在電子傳輸層上蒸鍍一層頂電極，得到所述紫外光電探測(cè)器；

43、進(jìn)一步地，蒸鍍頂電極厚度為200nm。

44、在上述制備方法的基礎(chǔ)上，可根據(jù)需要在電子傳輸層和光活性層之間增設(shè)修飾層。

45、進(jìn)一步地，由于有機(jī)紫外光電探測(cè)器具有輕量化、柔性佳和生物相容性好等特點(diǎn)，可將有機(jī)紫外光電探測(cè)器應(yīng)用于制備可穿戴產(chǎn)品。

46、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

47、1.為了提高光電探測(cè)器的應(yīng)用范圍，本技術(shù)提供一種基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器，基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器可對(duì)可見(jiàn)盲紫外區(qū)產(chǎn)生光電響應(yīng)，提高該紫外光電探測(cè)器在可見(jiàn)盲紫外區(qū)使用的普適性，減少外界環(huán)境對(duì)紫外光電探測(cè)器的影響，使其不僅具有良好的響應(yīng)性，同時(shí)還具有高靈敏度，可在科研、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域進(jìn)行推廣；且基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器中使用的有機(jī)材料，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)可調(diào)、溶解性強(qiáng)、機(jī)械柔韌性好、重量輕、成本低的優(yōu)勢(shì)，改善了現(xiàn)有無(wú)機(jī)紫外光電探測(cè)器制備工藝復(fù)雜、能耗高的情況。

48、2.在本技術(shù)中，對(duì)聚合物給體和有機(jī)受體進(jìn)行合理搭配，制備得到具有良好性狀的光活性層，提升光電探測(cè)器對(duì)可見(jiàn)盲紫外區(qū)的響應(yīng)能力，克服了傳統(tǒng)硅探測(cè)器在可見(jiàn)盲紫外區(qū)響應(yīng)弱的缺點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的制備技術(shù)，開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足需求的紫外光電探測(cè)器。

49、3.基于有機(jī)材料的紫外光電探測(cè)器質(zhì)量較小，可塑性更好，更加適合用來(lái)制作大規(guī)模的器件，也可將其用于可穿戴設(shè)備當(dāng)中。