一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其具有如下结构式(I)：本发明专利技术还包括该材料的制备方法、性能测试及其在光电探测器中的应用。基于这类光谱响应达到红外区域的有机光敏分子材料制备的光电探测器在短波红外区域具有极高的响应度，以及极低的暗电流，可以极大地提升光电探测器对弱红外光的探测能力。极大地提升光电探测器对弱红外光的探测能力。极大地提升光电探测器对弱红外光的探测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子及其应用


[0001]本专利技术涉及光电材料领域，尤其是涉及一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子及其应用。

技术介绍

[0002]光探测器是现代科学和工业体系的重要组成部分，随着人工智能领域的不断发展，光探测技术越来越受到学术界和工业界的关注。光探测器在生物医疗、光纤通信、无人驾驶、夜视监控等领域有着重要应用。相对于传统的无机光探测器，有机光探测器(OPD)具有柔性、价廉、质轻等优势，器件核心性能参数可以与无机光探测器相媲美，逐渐成为下一代柔性可穿戴电子设备和图像传感器的理想选择。
[0003]有机半导体材料在OPD中发挥了重要作用。早在20世纪末，Kudo、Heeger等人就报道了各种基于有机半导体材料的OPD器件。有机半导体材料相对于无机半导体材料具有较高的吸光系数、可调的吸收光谱范围质轻、柔性、可大面积溶液加工、易于阵列化器件制备和电路集成等优势。由于新型窄带隙聚合物和小分子的不断开发，OPD在短波红外区也展现出优异的光探测性能。从材料角度看，制造具有延伸到近红外区域光谱响应的OPD的关键条件是如何设计合成出具有足够窄的光学带隙的活性层材料。因此，设计合成一种超窄带隙同时具有良好光电性质的有机半导体材料，对实现真正意义上超过1000nm响应范围的具有良好器件性能的有机光探测器十分重要。
[0004]在以往工作中，我们曾在CN114891027A中报道一类光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其噻吩并环戊二烯的核上，接枝有基于五元环的螺芴状基团，在近红外波段，有一定的光响应特性。然而受到中心核给电子能力不够强、螺共轭效应不够明显、以及分子堆积模式不够合理的影响，基于五元环螺芴状基团的有机光敏分子尽管在吸收光谱和器件光电响应上取得了一定的突破，但光电相应范围仍主要局限在1100nm的波长范围内，一定程度上影响了OPD器件的器件性能的应用潜力。基于此，本专利技术进一步设计制备了一系列光谱响应达到红外区域的新型有机光敏分子，拓宽了材料的吸收光谱，提高了器件的光电响应和光电响应范围，在OPD等光电领域中具有重要的研究意义和广泛的应用场景。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及到一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，还包括该材料的制备方法、性能测试及其在光电探测器中的应用。基于这类光谱响应达到红外区域的有机光敏分子材料制备的光电探测器在短波红外区域具有极高的响应度，以及极低的暗电流，可以极大地提升光电探测器对弱红外光的探测能力。
[0006]本专利技术中的术语“本体异质结”，是指将给受体材料共混所形成的一种具有纳米尺度相分离的互穿网络结构。
[0007]本专利技术中的术语“给体材料”，是指一种P型的半导体材料。
[0008]本专利技术中的术语“受体材料”，是指一种N型的半导体材料。
[0009]本专利技术中的术语“带隙”，是指半导体材料的光学带隙，其数值由1240除以半导体材料吸收边的截止波长所得。
[0010]本专利技术中的术语“光谱响应区”，是指光电二极管及其阵列的有效工作光学波段。定义为外量子效率大于百分之十峰值效率的波长区间。
[0011]本专利技术中的术语“活性层”，是指在在器件结构中，负责吸收光子并产生自由电子和空穴的薄膜层。
[0012]本专利技术中的术语“芳香基”是指含有共轭结构的芳香族环系统，可为部分共轭系统或完全共轭系统。芳香基可以独立地通过键合或稠合等方式与其它相邻单元连接。其含有碳原子或部分碳原子独立地被N、O、S、Se等杂原子取代；其中N和S原子可以独立地被氧化；氮原子可以独立地取代或未取代，可以独立地被季铵化。
[0013]本专利技术的一个目的在于提供一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子。其具有如下结构式(I)：
[0014][0015]其中，
[0016]n独立地选自1，2，3直到20；
[0017]Ar独立地选自取代或未取代的芳香基，或不存在；
[0018]K独立地选自取代或未取代的芳香基或环烷基，或不存在；
[0019]E独立地选自取代或未取代的芳香基或环烷基，或不存在；
[0020]R1独立地选自氢原子、酯基、羟基、硝基、卤素、氰基、烷基、烷基衍生物、亚烷基、亚烷基衍生物、芳烷基、芳烷基衍生物的一种或多种；
[0021]所述烷基衍生物或亚烷基衍生物或芳烷基衍生物上的一个或多个碳，被氧原子、氨基、砜基、羰基、芳基、烯烃基、炔烃基、酯基、氰基、硝基的一个或多个取代；
[0022]和/或
[0023]所述烷基衍生物或亚烷基衍生物芳烷基衍生物上的一个或多个氢，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基的一个或多个取代；
[0024]X独立地选自C、S、O、Se或N
‑
R1；
[0025]Y独立地选自C、S、O、Se或N
‑
R1；
[0026]A独立地选自电子受体单元；
[0027]所述结构式(I)中的任意一个或多个氢原子，未被其他原子和/或基团取代，或独立地被氕、氘或氚原子取代。
[0028]进一步地，所述A选自如下结构的一种或多种：
[0029][0030]其中，
[0031]Ar
’
独立地选自取代或未取代的芳香基，或不存在；
[0032]R4独立地选自氢或取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烷硫基、取代或未取代的硅烷基或取代或未取代的酯基；
[0033]Y独立地选自S、O、Se或N
‑
R4；
[0034]所述A结构中的任意一个或多个氢原子，未被其他原子和/或基团取代，或独立地被氕、氘或氚原子取代。
[0035]优选地，E选自一个或多个苯基或噻吩基，所述苯基或噻吩基上的氢原子，可以有一个或多个被酯基、羟基、硝基、卤素、氰基、烷基、烷基衍生物、亚烷基、亚烷基衍生物、芳烷基、芳烷基衍生物的一种或多种所取代。所述多个苯基或噻吩基的相互连接方式，可以是联环或稠环结构。
[0036]本专利技术中的术语“烷基”是指具有指定碳原子数的支链和直链饱和脂族烃基团。烷基的实例包括直链或支链烷基，直链烷基包括但不限于甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正十九烷基、正二十烷基、正二十一烷基、正二十二烷基、正二十三烷基、正二十四烷基；支链烷基包括但不限于异丙基、异丁基、叔丁基、异戊基、新戊基、2
‑
乙基丁基、2
‑
乙基己基，2
‑
乙基辛基，2
‑
丁基己基、2
‑
己基辛基、4
‑
己基癸基、3
‑
己基十一烷基、2
‑
辛基癸基、2
‑
辛基十二烷基、3
‑
辛基十三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其特征在于，所述光谱响应达到红外区域的有机光敏分子具有如下结构式(I)：其中，n独立地选自1，2，3直到20；Ar独立地选自取代或未取代的芳香基，或不存在；K独立地选自取代或未取代的芳香基或环烷基，或不存在；E独立地选自取代或未取代的芳香基或环烷基，或不存在；R1独立地选自氢原子、酯基、羟基、硝基、卤素、氰基、烷基、烷基衍生物、亚烷基、亚烷基衍生物、芳烷基、芳烷基衍生物的一种或多种；所述烷基衍生物或亚烷基衍生物或芳烷基衍生物上的一个或多个碳，被氧原子、氨基、砜基、羰基、芳基、烯烃基、炔烃基、酯基、氰基、硝基的一个或多个取代；和/或所述烷基衍生物或亚烷基衍生物芳烷基衍生物上的一个或多个氢，被卤素、羟基、氨基、羧基、氰基、硝基、芳基、烯烃基、炔烃基的一个或多个取代；X独立地选自C、S、O、Se或N
‑
R1；Y独立地选自C、S、O、Se或N
‑
R1；A独立地选自电子受体单元；所述结构式(I)中的任意一个或多个氢原子，未被其他原子和/或基团取代，或独立地被氕、氘或氚原子取代。2.根据权利要求1所述光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其特征在于，所述A选自如下结构的一种或多种：
其中，Ar
’
独立地选自取代或未取代的芳香基，或不存在；R4独立地选自氢或取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的烷氧基、取代或未取代的烷硫基、取代或未取代的硅烷基或取代或未取代的酯基；Y独立地选自S、O、Se或N
‑
R4；所述A结构中的任意一个或多个氢原子，未被其他原子和/或基团取代，或独立地被氕、氘或氚原子取代。3.根据权利要求1所述光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其特征在于，所述R1独立地选自氢原子、取代或未取代的C1
‑
C24的直链或支链的烷基、取代或未取代的C1
‑
C24的直链或支链的烷氧基、取代或未取代的C1
‑
C24的直链或支链的烷硫基、取代或未取代的C1
‑
C24的直链或支链的硅烷基。4.根据权利要求1所述光谱响应达到红外区域的有机光敏分子，其特征在于，所述K独立地选自取代或未取代的单芳香基，或取代或未取代的多元芳香基，其特征在于，所述K选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵麟，黄毅钧，刘春晨，杨喜业，黄飞，
申请(专利权)人：广州光达创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：