Page 24 - 《精细化工》2022年第7期

·1310· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

注：HOMO 为最高占据分子轨道；LUMO 为最低未占分子轨道；E 为外加电场。
图 5 OPDs 的光电转换工作原理
Fig. 5 Working principle of photoelectric conversion of OPDs

2.2 OPDs 的性能参数 式中：P 为光/暗电流比；I light 为光照时的器件的输
2.2.1 光响应度 出电流，A；I dark 为暗处时的器件的输出电流，A。
光响应度又称为灵敏度和响应率，是衡量 OPDs 2.2.5 比探测率
性能的重要参数之一。该参数反映了 OPDs 将光信 比探测率是评价一个 OPDs 探测能力的重要的
号转换成电信号的能力，其计算公式如式（1）所示： 参数，与暗电流和光响应度有关，公式如式（4）所示：

I I light I A
*
R  ph  dark （1） D  R （4）
P inc P inc 2eI dark
1/2
式中：R 为光响应度，A/W；I ph 为 OPDs 在光照下 式中：D 为比探测率，cm·Hz /W 或 Jones；R 为光
*
响应度，A/W；I dark 为暗处时器件的输出电流，A；
输出的有效光电流，A；P inc 为入射光功率，W；I light
为光照时器件的输出电流，A；I dark 为暗处时器件的 e 为电子电量，1.6×10 –19 C。
输出电流，A。 综上所述，性能优异的 OPDs 不仅需要有较高
2.2.2 外部量子效率 的光响应度、外部量子效率、光暗电流比和比探测
外部量子效率是当 OPDs 被光照射时，由光激 率，还要有较低的响应时间和暗电流。
发产生的电子数量占入射光的光子数量的百分数， 2.3 OPDs 的基本结构
公式如式（2）所示： OPDs 器件结构分为水平结构和垂直结构两类，

(I light I dark )hc 其中，水平结构器件结构较为单一，通常为光活性层
EQE/ %   100 （2）
eP inc peak 与两个欧姆接触的电极组成的具有水平对称性的横
式中：EQE 为外部量子效率，%；I light 为光照时器 向结构，可以实现>100%的内量子效率（IQE） [39-40] 。
件的输出电流，A；I dark 为暗处时器件的输出电流， 但是，水平结构器件一般暗电流偏高，并且光活性
A。h 为普朗克常量，6.62607015×10 –34 J·s；c 为真 层上一般没有异质结，不存在内建电场来促进激子
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空中光速，3×10 m/s；e 为电子电量，1.6×10 –19 C； 分离，所以水平结构器件的光响应速率通常慢于垂
P inc 为入射光功率，W；λ peak 为入射光波长，m。 直结构器件 [41] 。
2.2.3 响应时间 与水平结构相比，垂直结构 OPDs 的细分结构
响应时间描述了 OPDs 对输入光信号响应的快 较多（图 6），主要有单层垂直结构、平面异质结垂
慢。OPDs 中激子的扩散和电荷被收集的过程要远远 直结构、本体异质结垂直结构、平面/体相混合异质
比产生光生激子和激子分离成电荷所需要的时间 结垂直结构和叠层垂直结构 5 种。垂直结构器件的
长，这些时间会大大影响 OPDs 的响应速率 [37-38] 。 沟道长度可精确到纳米量级，能够在降低能耗的同
优异的 OPDs 需要能够快速捕捉外界的光信号。响 时有效提高器件的探测性能和探测频率。此外，垂
应时间分为上升时间（τ r ）以及下降时间（τ f ），其 直结构 OPDs 制备方法简单，省去了利用光刻手段
中，τ r 是经入射光照射后 OPDs 所输出电信号从 10% 制备尺寸精细的源、漏电极的繁琐工作，从而使制
升至 90%时所需的时间；τ f 是关闭光源后 OPDs 所 备的垂直结构 OPDs 能够实现低功耗、低电压的输
输出电信号从 90%降至 10%时所需的时间。 入控制高频率、大电流的输出。单层垂直结构器件
2.2.4 光/暗电流比 （图 6a）作为基础的器件结构，具有结构简单、制
光/暗电流比是 OPDs 在光照和黑暗下电流的比 作方便、成本低廉的优点，但其激子的解离效率较
值，公式如式（3）所示： 低，并且在同一种材料中传输的电子与空穴被复合
I light 的概率大大提高，导致其光电转换效率较低 [39,42] 。
P  （3）
I dark 平面异质结垂直结构（PHJ）器件（图 6b）的激子