理论教育 不同解释:有机光电倍增探测器的工作原理

不同解释:有机光电倍增探测器的工作原理

时间:2023-06-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于简单的单质结有机光电倍增探测器,大量的工作表明其工作原理是前文所提出的陷阱辅助载流子隧穿理论,然而Reynaert等人于2006年提出了不同的解释。这种解释与黄劲松课题组所报道的掺ZnO纳米颗粒有机光电倍增探测器[427]的相关论文中所阐述的工作机理完全不同。

不同解释:有机光电倍增探测器的工作原理

除了我们在第7.1节所给出的解释以外,也有一些学者针对有机光电倍增探测器的原理提出不同的解释[425,426,459]

对于简单的单质结有机光电倍增探测器,大量的工作表明其工作原理是前文所提出的陷阱辅助载流子隧穿理论,然而Reynaert等人于2006年提出了不同的解释。他们制备了器件结构为ITO/F16CuPc/Al的探测器,测试发现该器件具有光电倍增性能[459]。他们认为该光电倍增现象来源于半导体中局域电荷引起的激子猝灭。这种不同解释的来源可能在于F16CuPc是一种单极无序有机小分子,它与金属电极形成了欧姆接触,而非肖特基接触。在他们的研究中,他们对比研究了不同金属电极器件的性能。理论上,如果有机导体与金属界面处形成的是肖特基接触,使用具有不同功函数的金属电极将改变器件的性能,而实际上他们发现Au电极器件与Al电极器件具有完全相同的性能,这反映出所观察到的光电倍增效应并非界面效应。(www.daowen.com)

针对无机纳米颗粒掺杂的器件,有学者提出以下两种解释。2005年,Qi等人采用ITO/PEDOT∶PSS/PbSe∶MEH-PPV/Al的结构实现了光电倍增效应,他们的研究表明当MEH-PPV中掺入直径为8nm、吸收峰在1900nm的PbSe量子点时,器件的EQE可以突破100%[425]。具体地,当510nm波长光照射并施加-8V偏压时,掺杂器件的EQE值达到150%,而参比器件的EQE只有约40%。他们认为该器件实现光电倍增的原因在于当入射光子的能量大于三倍的量子点带隙时,PbSe量子点就会吸收光子并产生多个激子,正是激子的倍增产生带来了载流子的倍增效应。这种解释与黄劲松课题组所报道的掺ZnO纳米颗粒有机光电倍增探测器[427]的相关论文中所阐述的工作机理完全不同。在文献[427]中,ZnO纳米颗粒所扮演的角色是电子陷阱,它们俘获了大量的光生载流子,从而诱发了界面处的载流子隧穿,形成了光电倍增现象。而在Qi等人的工作中[425],他们发现器件中掺入直径为4.5nm、吸收峰值在1100nm的PbSe量子点却并没有激发出任何光电倍增效应。这种光电倍增行为对量子点尺寸的依赖性反映了PbSe量子点的强量子限域效应(多激子产生)在影响器件的性能。值得注意的是,基于量子效应获得的外量子效率只略高于100%,其光电倍增效应明显弱于陷阱辅助载流子隧穿效应所获得的光电倍增效应。2007年,Campbell等人采用聚合物苯乙炔(MEH-PPV)掺杂PbSe量子点或C60衍生物C61-PCBM[426],通过掺杂与未掺杂相比较得到了相似的增益特性。他们认为此光电倍增现象是由聚合物内俘获的电子引起的空穴多次循环所致。虽然他们在器件中也掺入了PbSe量子点,但所观察到的现象却与Qi等人所报道的完全不同。这是因为他们在PbSe量子点的外面包覆了油酸配体,抑制了聚合物与量子点之间的电子转移。

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