一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光探測(cè)器領(lǐng)域，涉及一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器及其制備方法，該探測(cè)器包括柔性電極和中間活性層兩部分。具體的，所述的電極是在柔性PET襯底上噴涂聚(3,4?乙烯二氧噻吩)?聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)電極；所述的中間活性層是將單壁碳納米管(SWCNT)溶液和C60溶液分層噴涂在電極的溝道部分形成的中間活性層。最終制備一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器。該器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)異等特點(diǎn)，且制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及光探測(cè)器領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光探測(cè)器是一種把光能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電子器件。近年來(lái)，光探測(cè)器己廣泛應(yīng)用在光通信、遠(yuǎn)距離傳感、工業(yè)自動(dòng)控制、熱成像、夜視和導(dǎo)彈制導(dǎo)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事領(lǐng)域。然而，部分光探測(cè)器中含有毒有害元素及剛性的特征限制了其進(jìn)一步使用和發(fā)展。因此，很多西方發(fā)達(dá)國(guó)家制定了促進(jìn)柔性電子器件發(fā)展的重大針對(duì)性研究計(jì)劃，如日本的TRADIM計(jì)劃、美國(guó)的FDCASU計(jì)劃、歐盟第七框架計(jì)劃中的Poly Apply和SHIFT計(jì)劃等。因此，具有綠色環(huán)保、柔性、高靈敏度特征的探測(cè)器成為人們研究的焦點(diǎn)。
[0003]近年來(lái)，一系列的碳結(jié)構(gòu)，如富勒烯，碳納米點(diǎn)，碳納米管，石墨烯和石墨烯量子點(diǎn)，由于其優(yōu)異的化學(xué)、物理、機(jī)械和電子性能，已引起了人們巨大的研究興趣。其優(yōu)點(diǎn)如下:碳資源豐富，化學(xué)穩(wěn)定性、良好的生物相容性和非毒性等。碳基材料被廣泛應(yīng)用于生物成像，醫(yī)療診斷、催化、光電等光電器件。以全碳為基礎(chǔ)創(chuàng)建高性能光電器件，從而達(dá)到所得器件具有成本低、無(wú)毒性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)的目的。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中部分光探測(cè)器中含有毒、有害的元素及剛性的缺點(diǎn)，且部分光探測(cè)器的制備工藝相對(duì)復(fù)雜，所以，急需一種具有無(wú)毒、穩(wěn)定的光響應(yīng)、制備工藝簡(jiǎn)單的柔性全碳光探測(cè)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，本發(fā)明目的在于提供一種具有優(yōu)秀響應(yīng)能力的全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器，通過(guò)以下方法制備，具體步驟如下:
[0008]I)柔性襯底的處理；
[0009]2)電極的制備；
[0010]3)中間活性層的制備；
[0011]4)利用半導(dǎo)體測(cè)試儀，測(cè)試所得的光探測(cè)器。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟I)中柔性襯底的處理是將柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲10min-30min,氮?dú)獯蹈伞?br>[0013]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的柔性襯底為PET襯底。
[0014]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟2)電極的制備是先將具有電極圖案化的掩膜板置于柔性襯底上，然后將PEDOT/PSS溶液置于噴槍中，將其噴涂于掩膜板的空白處，進(jìn)行電極噴涂，噴涂完成后，將掩膜板取下;加熱臺(tái)的溫度為80°C_85°C。
[0015]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的PEDOT/PSS溶液在噴涂前需預(yù)處理，其操作為:用乙醇稀釋至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的DMSO，充分混合均勻溶液;混合溶液可放在震蕩器上進(jìn)行震蕩，時(shí)間為30min-60min使溶液混合均勻;現(xiàn)有的PEDOT/PSS溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，用乙醇稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，溶液稀釋后，有利于溶液噴出噴槍而又不至于堵住槍口，嗔涂均勾，提尚光探測(cè)器的質(zhì)量。
[0016]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的步驟3)中間活性層的制備是先將SWCNT溶液置于噴槍中，噴涂在電極的溝道部分，SWCNT層充分干燥后，將C6q溶液置于噴槍中，噴涂在SWCNT層上，加熱臺(tái)的溫度為80°C-90°C，待中間活性層干燥后即得產(chǎn)品。
[0017]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的SWCNT溶液的制備是取5mgSWCNT于15mL的離心管中，加入1mL溶液，超聲，時(shí)間為5-8h，形成分散均勻的SWCNT溶液，稀釋SWCNT溶液的濃度至
0.006mg/ mL-0.0 lmg/ mL，所述的溶液為水、異丙醇、乙醇中的一種。
[0018]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的C6q溶液的制備是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均勻溶液，形成分散均勻C6q的飽和溶液;混合方式可采用用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌。
[0019]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的SWCNT溶液的用量為93uL-117uL/cm2;
[0020]所述的C6q溶液的用量為333uL-667uL/cm2。
[0021]所述的PEDOT/PSS是聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸；SWCNT是單壁碳納米管O
[0022]有益效果
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1.本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為平面型結(jié)構(gòu)，而且具有性能優(yōu)異的特點(diǎn)。
[0025]2.本發(fā)明的器件為全碳器件，無(wú)毒，成本較低。
[0026]3.本發(fā)明的器件襯底選的是PET柔性襯底，可以進(jìn)行彎曲，在彎曲的過(guò)程中，器件仍能保持優(yōu)良的性能。
[0027]4.本發(fā)明的制備為全溶液法制備，制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0028]5.本發(fā)明的中間活性層選用單壁碳納米管(SffCNT)具有高載流子迀移率、易加工性、高機(jī)械靈活性等特點(diǎn)，單壁碳納米管(SWCNT)和C6q作為中間活性層，光誘導(dǎo)電子從單壁碳納米管轉(zhuǎn)移到C6q，形成性能優(yōu)異的光探測(cè)器件。
[0029 ] 6.本發(fā)明的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液制作電極，其具有良好的導(dǎo)電性能，機(jī)械靈活性等的特點(diǎn)。
[0030]7.本發(fā)明的全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器具有穩(wěn)定，優(yōu)異的光響應(yīng)能力。例如:在進(jìn)行V-1測(cè)試時(shí)，電流隨著光的強(qiáng)度的不同，有明顯的增強(qiáng);在進(jìn)行T-1的器件測(cè)試，當(dāng)固定電壓為2V條件下，彎曲之前光探測(cè)器的其最高電流/最低電流為38倍，彎曲時(shí)測(cè)量其最高電流/最低電流為17倍，彎曲結(jié)束后測(cè)試其最高電流/最低電流為34倍。以上均可說(shuō)明我們的光探測(cè)器對(duì)光具有優(yōu)秀的響應(yīng)能力，且器件彎曲前后具有穩(wěn)定的性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為中間活性層單壁碳納米管(SWCNTMPC6f^掃描電鏡圖片；
[0032]圖2為光探測(cè)器的光暗IV曲線；
[0033]圖3(a)為彎曲器件之前，用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行測(cè)試的光電時(shí)間響應(yīng)曲線圖；
[0034]圖3(b)為將器件用50ml離心管進(jìn)行器件的彎曲測(cè)試的光電時(shí)間響應(yīng)曲線圖；
[0035]圖3(c)為彎曲器件之后，用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀進(jìn)行測(cè)試的光電時(shí)間響應(yīng)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0037]以下所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)該說(shuō)明書(shū)所闡述的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的各項(xiàng)細(xì)節(jié)與應(yīng)用，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改善和潤(rùn)飾，這些改善改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
[0038]一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行:
[0039]I)柔性襯底處理:柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲20min,氮?dú)獯蹈伞?br>[0040]2)制備電極:用乙醇稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的二甲基亞砜(DMSO)溶液來(lái)增加其聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)的導(dǎo)電性。將此混合溶液放在震蕩器上進(jìn)行震蕩，時(shí)間為30min使溶液混合均勻。取10uL聚(3，4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)溶液置于噴槍中，進(jìn)行電極的噴涂，加熱臺(tái)的溫度為80 0C。
[0041 ] 3)制備中間活性層:中間活性層(尺寸為0.3cm* I cm)為單壁碳納米管(SWCNT)和C60兩層，首先制備單壁碳納米管(SWCNT)溶液，方法如下:取5mg單壁碳納米管(SWCNT)于15mL的離心管中，加入1mL異丙醇(IPA)溶液，置于超聲機(jī)中進(jìn)行超聲，超聲時(shí)間為6h，形成分散均勻的單壁碳納米管(SWCNT)溶液，將溶液濃度稀釋為0.006mg/mL。然后制備C6q的甲苯飽和溶液。取C6Q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，形成溶質(zhì)為C6q，溶劑為甲苯的飽和溶液，用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，形成分散均勻的C6q的飽和溶液。最后對(duì)單壁碳納米管(SWCNT)和C6q進(jìn)行分層噴涂。第一層:單壁碳納米管(SWCNT)層，將單壁碳納米管(SWCNT)溶液混合均勻后，取35uL的單壁碳納米管(SWCNT)溶液置于噴槍中，對(duì)中間活性層的位置進(jìn)行噴涂。加熱臺(tái)的溫度為850C，將單壁碳納米管(SffCNT)層充分干燥。第二層:C6q層，取10uL的C6q溶液置于干凈的噴槍中，在第一層的基礎(chǔ)上進(jìn)行C6q溶液的噴涂，加熱臺(tái)的溫度為85°C。
[0042]4)利用半導(dǎo)體測(cè)試儀，測(cè)試所得的光探測(cè)器隨著光強(qiáng)的增加其光電流也不斷的增加，且在固定電壓為2V彎曲前后均能保持穩(wěn)定的光電響應(yīng)。
[0043]從圖1中可以看出，C6q覆蓋在單壁碳納米管(SWCNT)上面，形成我們所需的中間活性層部分。
[0044]從圖2中可以看出，光強(qiáng)不同，光電流具有明顯的變化。
[0045]從圖3(a)-圖3(c)中可以看出，在固定電壓為2V的情況下，電流隨時(shí)間和光源的開(kāi)關(guān)的變化，光探測(cè)器仍能保持優(yōu)良的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)柔性襯底的處理； 2)電極的制備； 3)中間活性層的制備； 4)利用半導(dǎo)體測(cè)試儀，測(cè)試所得的光探測(cè)器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的步驟I)中柔性襯底的處理是將柔性襯底分別采用去離子水、乙醇、異丙醇、去離子水各超聲10min-30min,氮?dú)獯蹈伞?.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的柔性襯底為PET襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的步驟2)電極的制備是先將具有電極圖案化的掩膜板置于柔性襯底上，然后將PEDOT/PSS溶液置于噴槍中，將其噴涂于掩膜板的空白處，進(jìn)行電極噴涂，噴涂完成后，將掩膜板取下;加熱臺(tái)的溫度為80°C-85°C。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的PEDOT/PSS溶液在噴涂前需預(yù)處理，其操作為:用乙醇稀釋至其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.3%，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的DMSO，充分混合均勻溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的步驟3)中間活性層的制備是先將SWCNT溶液置于噴槍中，噴涂在電極的溝道部分，SWCNT層充分干燥后，將C6q溶液置于噴槍中，噴涂在SWCNT層上，加熱臺(tái)的溫度為80 °C -900C，待中間活性層干燥后即得產(chǎn)品。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的制備是取5mg SWCNT于15mL的離心管中，加入1mL溶液，超聲，時(shí)間為5-8h，形成分散均勻的SWCNT溶液，稀釋SWCNT溶液的濃度至0.006mg/mL-0.0 lmg/mL，所述的溶液為水、異丙醇、乙醇中的一種。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的C6q溶液的制備是取C6q于玻璃瓶中，加入甲苯溶液，充分混合均勻溶液，形成分散均勻C6q的飽和溶液。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種全溶液法制備全碳柔性光探測(cè)器的制備方法，其特征在于:所述的SWCNT溶液的用量為93uL-l 17uL/cm2 ； 所述的C60溶液的用量為333uL-667uL/cm2 ο10.權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述制備方法制得的全碳柔性光探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】H01L31/09GK106024923SQ201610597654
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月26日
【發(fā)明人】劉舉慶, 曹立君, 黃維
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)