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倍增型全聚合物光电探测器及其在光电容积描记传感器上的应用
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作者 赵兴超 李晓明 +9 位作者 刘明 赵子进 杨凯旋 刘蓬天 张皓岚 李金泰 马晓玲 姚琪 孙艳明 张福俊 《物理化学学报》 北大核心 2025年第1期111-120,共10页
我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩)(P3HT)为给体,窄带隙聚合物聚{2,2'-((2Z,2'Z)-((12,13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4,8-二甲基-6,8,12,13-四氢-4氢-苯并[1,2,3]三唑并噻吩[2'',3'':4',5']... 我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩)(P3HT)为给体,窄带隙聚合物聚{2,2'-((2Z,2'Z)-((12,13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4,8-二甲基-6,8,12,13-四氢-4氢-苯并[1,2,3]三唑并噻吩[2'',3'':4',5']并吡咯[2',3':4,5]并吡咯[3,2-g]并噻吩[2',3':4,5]并吡咯[3,2-b]并[4,5-e]吲哚-2,10-二基)双(甲烷亚甲基))双(5,5’-3-氧-2,3-二氢-1氢-2,1-二亚基茚))二丙二腈-连-2,5-二噻吩}(PTz-PT)为受体,研制了基于氧化铟锡(ITO)/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)/有源层/Al结构的倍增型全聚合物光电探测器(PM-APDs)。我们制备了P3HT:PTz-PT质量比为100:1、100:4、100:7和100:10的四种不同比例的二元PM-APDs。在黑暗条件下,由于Al的功函数和P3HT的最高已占据分子轨道(HOMO)之间存在0.8 eV的能级差距,空穴难以从铝电极注入到有源层中。有源层中的PTz-PT含量较低,缺乏连续的电子传输通道,导致有源层的电子传输能力较差。在光照条件下,由于有源层中PTz-PT含量较低,并且P3HT和PTz-PT的最低未占据分子轨道(LUMO)相差0.84 eV,光生电子会被孤立的PTz-PT捕获。Al电极附近的受陷电子会引起界面能带弯曲,实现空穴隧穿注入,从而导致外量子效率(EQE)值大于100%。在−8 V偏压下,基于P3HT:PTz-PT(100:4 wt/wt)的最优二元PMAPDs在300–1100 nm的光谱范围内具有超过100%的EQE。PM-APDs的EQE光谱形状取决于铝电极附近的受陷电子分布。通过引入聚合物聚(2-(4,8-双(4-(2-乙基己基)环戊二烯并-1,3-啶-1-基)苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩-2-基)-5,5-二氟-10-(5-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-3,7-二甲基-5H-4λ4,5λ4-二吡咯[1,2-c:2',1'-f][1,3,2]二氮杂硼嗪)(PMBBDT)作为第三组分,PMAPDs的EQE光谱形状变得更平坦。我们制备了P3HT:PMBBDT:PTz-PT质量比分别为90:10:4和80:20:4的三元PM-APDs。三元PM-APDs的EQE值在420–600 nm的范围内提高,而在630–870 nm的范围内降低。三元PM-APDs具有更平坦的EQE光谱是由于其在Al电极附近的受陷电子分布更均匀。此外,在连续光照和外加偏压的条件下,三元PMAPDs的稳定性高于最优二元PM-APDs。在−12 V偏压下,最优三元PM-APDs的EQE值在350 nm处为3500%,在550 nm处为1250%,在900 nm处为1500%。在−10 V偏压下,最优三元PM-APDs的比探测度(D*shot)值在520 nm处为3.7×1012 Jones,在850 nm处为1.9×10^(13)Jones。最优三元PM-APDs在−10 V偏压下被白光连续照射170 min后,光电流为初始值的87%。我们利用最优三元PM-APDs搭建了光电容积描记(PPG)传感器并成功地测量了人体心率(HR),测得的HR与人体正常心率相符。 展开更多
关键词 光电倍增 全聚合物光电探测器 空穴隧穿注入 受陷电子 PPG传感器
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