技术领域
[0001] 本
发明涉及有机光
电子技术领域，具体涉及一种差温预热旋涂工艺；本发明还涉及一种基于差温预热旋涂工艺制备的有机光电探测器。
背景技术
[0002] 有机
光探测器属于光电转换器件，能够利用具有
光电效应的材料制成能够实现光电转换的
传感器。传统的光探测器多用无机
半导体材料制成，其制作工艺比较复杂，成本普遍较高，且不适于制备大面积器件。而有机光电材料具有高效的感光特性，质轻价廉，种类多样,加工性能优异等特点，更易制备小体积，低功耗，低成本的光电探测器件，弥补了无机光电探测器中普遍存在的设备昂贵、工艺复杂等不足。种类繁多的
有机半导体材料也为有机光探测器件的发展和创新提供了很大的可选择性，根据需要合成出具有相应光电特性的新材料，因此有机光探测器将具有更大的研究空间和商业价值，比如在天文学，环境监测，分光和医学检测仪器等。
[0003] 目前，有机光电探测器使用最为广泛的制备方法是旋涂法,旋涂法是指在室温环境下有机溶液通过在
基板上高速旋转涂覆形成功能
薄膜的方法。旋涂法具有工艺条件温和，操作控制简单等优点，因而广泛应用于各类薄膜器件的制备过程中。然而，由于旋涂是在离心
力作用下向四周分散而形成薄膜，这样制备得到的薄膜必然会出现中间厚边缘薄的情况，造成
活性层表面均匀性差，进而影响器件性能，降低探测效率。
发明内容
[0004] 本发明针对上述现有的有机光电探测器在制备的过程中存在探测器中的各层薄膜在旋涂的过程中出现中间厚边缘薄的情况，造成活性层表面均匀性差，进而影响器件性能，降低探测效率的问题，本发明提供一种差温预热旋涂工艺。
[0005] 本发明的技术方案如下：一种差温预热旋涂工艺，包括以下步骤：
[0006] 1)将圆形基片沿半径方向划分为若干个区域，任意一个区域的圆心与圆形基片的圆心重合，对各个区域进行预热且各个区域的预热
温度均不相同；从圆形基片圆心到边缘的预热温度逐渐升高；
[0007] 2)对预热完成的圆形基片进行旋涂溶液。
[0008] 本技术方案的工作原理或有益效果为：通过对不同区域进行预
热处理，且从圆形基片的圆心到边缘的预热温度逐渐升高，一方面是圆形基片边缘温度较高，需要旋涂的溶液中
溶剂挥发更快，圆形基片边缘的溶液中的有用成分浓度更高，所以膜能够增厚，改善原有的圆形基片边缘较薄的情况；另一方面是圆形基片边缘由于溶剂挥发快导致边缘处的溶液量减少，从而促进溶液由中心向圆形基片边缘流动，向圆形基片边缘流动，最终增加了圆形基片边缘的厚度，使得膜的厚度更加均匀，提高了探测器的探测效率。
[0009] 进一步限定，所述区域的个数为两个，两个区域内的温度分别为T1与T2，两个区域的预热时间均为5～10min，T1为30～60℃，T2为90～120℃。
[0010] 进一步限定，所述旋涂的转速为800～2000rpm，旋涂时间为25～60s。
[0011] 本发明还提供一种基于差温预热旋涂工艺制备的有机光电探测器，其技术方案如下：
[0012] 一种基于差温预热旋涂工艺制备的有机光电探测器，包括从下到上依次设置的透明衬底、导电
阳极、阳极
缓冲层、电子阻挡层、有机光活性层、空穴阻挡层以及金属
阴极；所述有机光活性层采用上述所述的差温预热旋涂工艺制备。
[0013] 本技术方案的工作原理或有益效果为：采用差温预热旋涂工艺能够制备出厚度均匀的有机光活性层，提高了有机光电探测器的探测效率。
[0014] 进一步限定，所述透明衬底由透明玻璃或透明
聚合物制成；
[0015] 所述透明聚合物为聚乙烯、聚甲基
丙烯酸甲酯、聚
碳酸酯、聚
氨基
甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋
树脂以及聚丙烯酸中的一种或多种的组合。
[0016] 进一步限定，所述导电阳极为
氧化铟
锡、
石墨烯以及碳
纳米管中一种或多种的组合。
[0017] 进一步限定，所述阳极缓冲层由聚乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐制成，厚度为15～20nm。
[0018] 进一步限定，所述电子阻挡层由空穴传输材料制成，厚度为5～10nm。
[0019] 进一步限定，所述有机光活性层由电子给体与电子受体组成；
[0020] 其中，电子给体为3-己基噻吩的聚合物；电子受体为[6,6]-苯基C71丁酸甲酯，两者的混溶比例为1:1，混合后的溶液的浓度为30mg/ml。
[0021] 进一步限定，所述空穴阻挡层由4,7-二苯基-1,10-菲啰啉制成，厚度为5～10nm；
[0022] 所述金属阴极由
银、
铝或
铜的一种或多种制成，所述金属阴极的厚度范围为100～200nm。
附图说明
[0023] 图1是有机光电探测器的结构示意图；
[0024] 图2是
实施例2-4所使用的预热设备的俯视图；
[0025] 其中：1-透明衬底；2-导电阳极；3-阳极缓冲层；4-电子阻挡层；5-有机光活性层；6-空穴阻挡层；7-金属阴极；8-低温预热源；9-高温预热源。
具体实施方式
[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 为了解决现有的有机光电探测器在制备的过程中存在探测器中的各层薄膜在旋涂的过程中出现中间厚边缘薄的情况，造成活性层表面均匀性差，进而影响器件性能，降低探测效率的问题，本发明的技术方案为：一种差温预热旋涂工艺，包括以下步骤：
[0028] 1)将圆形基片沿半径方向划分为若干个区域，任意一个区域的圆心与圆形基片的圆心重合，对各个区域进行预热且各个区域的预热温度均不相同；从圆形基片圆心到边缘的预热温度逐渐升高；2)对预热完成的圆形基片进行旋涂溶液。所述区域的个数为两个，两个区域内的温度分别为T1与T2，两个区域的预热时间均为5～10min，T1为30～60℃，T2为90～120℃。所述旋涂的转速为800～2000rpm，旋涂时间为25～60s。
[0029] 一种基于差温预热旋涂工艺制备的有机光电探测器，包括从下到上依次设置的透明衬底、导电阳极、阳极缓冲层、电子阻挡层、有机光活性层、空穴阻挡层以及金属阴极；所述有机光活性层采用上述所述的差温预热旋涂工艺制备。
[0030] 所述透明衬底由透明玻璃或透明聚合物制成；所述透明聚合物为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂以及聚丙烯酸中的一种或多种的组合。所述导电阳极为氧化铟锡、
石墨烯以及
碳纳米管中一种或多种的组合。所述阳极缓冲层由聚乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐制成，厚度为15～20nm。所述电子阻挡层由空穴传输材料制成，厚度为5～10nm。所述有机光活性层由电子给体与电子受体组成；其中，电子给体为3-己基噻吩的聚合物；电子受体为[6,6]-苯基C71丁酸甲酯，两者的混溶比例为1:1，混合后的溶液的浓度为30mg/ml。所述空穴阻挡层由4,7-二苯基-1,10-菲啰啉制成，厚度为5～10nm；所述金属阴极由银、铝或铜的一种或多种制成，所述金属阴极的厚度范围为100～200nm。
[0031] 其中：氧化铟锡的英文简称为ITO；聚乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐英文简称为PEDOT:PSS；空穴传输材料英文简称为TAPC；3-己基噻吩的聚合物的英文简称为P3HT；[6,6]-苯基C71丁酸甲酯英文简称为PC71BM；4,7-二苯基-1,10-菲啰啉英文简称Bphen；最高探测率简称为D*max；最高响应度简称为Rmax；亮
电流密度简称为Jph；
暗电流密度简称为Jd。
[0032] 对照组
[0033] 对由透明衬底1及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极2ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS(1500rpm,15nm)制备阳极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热
退火(150℃,30min)；在阳极缓冲层3上蒸
镀电子阻挡层4TAPC5nm，在电子阻挡层4上旋转涂覆P3HT:PC71BM(1:1,30mg/ml)有机光活性层5(1200rpm,60s,200nm)，120℃退火，10min；在有机光活性层5表面蒸镀制备空穴阻挡层6Bphen5nm，在空穴阻挡层6上蒸镀金属阳极7Ag(100nm)。在标准测试条件下，测试结果如表1所示：有机光电探测器对350-
600nm波段有响应，有机光电探测器最高探测率为1.4×1012，最高响应度为1.05A/W，在-
0.5v条件下，亮电流密度为13.2mA/cm2，暗电流密度为7.2×10-5mA/cm2。
[0034] 实施例组
[0035] 实施例1
[0036] 如图1所示，对由透明衬底1及透明导电阳极2ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极2ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS(1500rpm,15nm)制备阳极缓冲层3，并将所形成的薄膜进行热退火(150℃,30min)；在阳极缓冲层3上蒸镀电子阻挡层4TAPC 5nm，将电子阻挡层4从圆心向边缘划分为两个区域，靠近圆心区域为A区域和靠近边缘的区域为B区域，用图2所示的预热设备中的低温预热源8对A区域进行预热，预热温度至
60℃，且预热时间为5min；高温预热源9对B区域进行预热，预热温度至90℃，预热时间为
10min；然后采用旋涂法旋涂P3HT:PC71BM(1:1，30mg/ml)有机光活性层5(1200rpm,60s,
200nm)；在有机光活性层5表面蒸镀制备空穴阻挡层6Bphen5nm，在空穴阻挡层6上蒸镀金属阳极7Ag(100nm)。在标准测试条件下，测试结果如表1所示：有机光电探测器对350-600nm波段有响应，有机光电探测器最高探测率为1.7×1012，最高响应度为1.54A/W，在-0.5v条件下，亮电流密度为14.3mA/cm2，暗电流密度为8.1×10-5mA/cm2。
[0037] 实施例2
[0038] 对由衬底及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS(1500rpm,15nm)制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火(150℃,30min)；在阳极缓冲层上蒸镀电子阻挡层TAPC 5nm，将电子阻挡层从圆心向边缘划分为两个区域，靠近圆心区域为C区域和靠近边缘的区域为D区域，用图2所示的预热设备中的低温预热源8对C区域进行预热，预热温度至50℃，且预热时间为6min；高温预热源9对D区域进行预热，预热温度至100℃，预热时间为8min；然后采用旋涂法旋涂P3HT:PC71BM(1:1，30mg/ml)有机光活性层(1200rpm,60s,200nm)；在有机光活性层表面蒸镀制备空穴阻挡层Bphen5nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)。在标准测试条件下，测试结果如表1所示：有机光电探测器对350-600nm波段有响应，有机光电探测器最高探测率为
1.9×1012，最高响应度为1.63A/W，在-0.5v条件下，亮电流密度为15.1mA/cm2，暗电流密度为7.5×10-5mA/cm2。
[0039] 实施例3
[0040] 对由衬底及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS(1500rpm,15nm)制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火(150℃,30min)；在阳极缓冲层上蒸镀电子阻挡层TAPC 5nm，将电子阻挡层从圆心向边缘划分为两个区域，靠近圆心区域为E区域和靠近边缘的区域为F区域，用图2所示的预热设备中的低温预热源8对E区域进行预热，预热温度至40℃，且预热时间为8min；高温预热源9对F区域进行预热，预热温度至110℃，预热时间为6min；然后采用旋涂法旋涂P3HT:PC71BM(1:1，30mg/ml)有机光活性层(1200rpm,60s,200nm)；在有机光活性层表面蒸镀制备空穴阻挡层Bphen 5nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)。在标准测试条件下，测试结果如表1所示：有机光电探测器对350-600nm波段有响应，有机光电探测器最高探测率为
2.3×1012，最高响应度为1.74A/W，在-0.5v条件下，亮电流密度为16.3mA/cm2，暗电流密度为7.1×10-5mA/cm2。
[0041] 实施例4
[0042] 对由衬底及透明导电阳极ITO所组成的基板进行清洗，清洗后用氮气吹干；在透明导电阳极ITO表面旋转涂覆PEDOT:PSS(1500rpm,15nm)制备阳极缓冲层，并将所形成的薄膜进行热退火(150℃,30min)；在阳极缓冲层上蒸镀电子阻挡层TAPC 5nm，将电子阻挡层从圆心向边缘划分为两个区域，靠近圆心区域为G区域和靠近边缘的区域为H区域，用图2所示的预热设备中的低温预热源8对G区域进行预热，预热温度至30℃，且预热时间为10min；高温预热源9对H区域进行预热，预热温度至120℃，预热时间为5min；然后采用旋涂法旋涂P3HT:PC71BM(1:1，30mg/ml)有机光活性层(1200rpm,60s,200nm)；在有机光活性层表面蒸镀制备空穴阻挡层Bphen 5nm，在空穴阻挡层上蒸镀金属阳极Ag(100nm)。在标准测试条件下，测试结果如表1所示：有机光电探测器对350-600nm波段有响应，有机光电探测器最高探测率为
12 2
1.5×10 ，最高响应度为1.12A/W，在-0.5v条件下，亮电流密度为12.9mA/cm ，暗电流密度为6.9×10-5mA/cm2。
[0043] 表1
[0044]
[0045] 由表1可看出，由于对照组使用的是传统旋涂工艺，其性能受有机光活性层成膜
质量所限且低于使用差温预热旋涂工艺的实施例1、实施例2、实施例3以及实施例4。证明了差温预热旋涂法对机光活性层的形貌有明显的优化作用，从而提升了有机光电探测器的探测性能，并且能实现在旋涂的过程中退火，合理减少工艺步骤，大幅降低有机光电探测器制备时间，有利于工业化生产。
[0046] 最后应说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，依然可以对本发明进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围中。
