华中大周印华教授/武汉大学林乾乾教授《Adv. Opt. Mater.》：水转印技术制备多层近红外有机光电探测器

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抑制反向暗电流是提高有机光电探测器性能的关键。插入电子/空穴阻挡层，提高注入势垒，是降低暗电流的有效手段。溶液法直接制备电子/空穴阻挡层需要使用正交溶剂，限制了材料的多样性。干法转印技术制备电子/空穴阻挡层需要对转印介质进行处理和优化，存在制备工艺复杂等问题。因此，寻找一种工艺简单的制备方式对于有机光电探测器的发展十分重要。

近日，华中科技大学周印华教授课题组/武汉大学林乾乾教授课题组在Advanced Optical Materials上发表了题为 Water Transfer Printing of Multilayered Near-infrared Organic Photodetectors的论文。本论文将水转印技术应用到有机光电探测器的制备中，构建了多层的近红外光电探测器。该多层结构的光探测器包含一层小分子电子受体和多层聚合物电子给体，聚合物层同时也可充当电子阻挡层。通过将给体和受体分离，提高了反向注入势垒，有效降低了暗电流。利用水转印技术，可直接在水面上制备有机聚合物薄膜，无需任何处理或中间介质，有机薄膜可直接冲压在目标基板上，避免了第三方接触，简化了制作工艺。水转印技术打破了正交溶剂的限制，规避了中间介质的影响。基于该方法制备的有机光电探测器在-0.5 V偏压下，暗电流低至27 fA/Hz^1/2，在860 nm处的比探测率达到8.8 × 10¹¹Jones，线性动态范围超过150 dB。与基于传统的体异质结机构的光电探测器相比，探测率提高了近3个数量级。利用水转印法可制备低噪声、高探测率的有机光电探测器，为光电探测和成像设备的制备提供新的思路。

图1 (a) 探测器的器件结构:glass/ITO/ZnO/IEICO-4F/PTB7-Th /……/ PTB7-Th MoO_x/Ag；(b) PTB7-Th和IEICO-4F材料的化学结构式；(c) PTB7-Th和IEICO-4F薄膜的吸收光谱；(d) 水转印技术制备多层光电探测器的示意图；(e) 用水转移印刷技术转移聚合物膜的照片。

图2 (a) 本体异质结（BHJ）光电探测器和多层（MLS）光电探测器的暗电流密度-电压（J-V）曲线。暗紫色代表BHJ光电探测器，绿色（MLS-1）代表转印一层聚合物层PBT7-Th的MLS光电探测器，红色（MLS-2）代表转印两层聚合物层PBT7-Th的MLS光电探测器， 蓝色（MLS-3）代表转印三层聚合物层PBT7-Th的MLS光电探测器，下同；BHJ探测器和MLS探测器的噪声电流：(b) 基于暗电流计算出的散粒噪声电流；(c) 根据分流电阻计算出的热噪声电流；(d) 实测的噪声电流对比。

图3 本体异质结光电探测器与多层结构MLS光电探测器的性能对比：(a) 响应度；(b) 比探测率；(c) 等效噪声等效功率。

图4 优化后的MLS光探测器的性能：(a) 在50 kHz方波调制下630 nm光照5个周期的光响应电流；(b) 上升沿的光响应电流；(c) 线性动态范围。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202101837

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