Page 25 - 《精细化工》2022年第7期
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第 7 期 李小龙，等: 酞菁类化合物在有机光电探测领域的研究进展 ·1311·
在给体/受体材料的界面上发生分离，激子分离后得 率下降，导致器件探测性能劣化。平面/体相混合异
到的空穴和电子在给体和受体材料中分别传输，使 质结垂直结构器件（图 6d）是将 PHJ 和 BHJ 相结
复合发生的概率大大降低，并且 PHJ 可以根据不同 合，其优势十分显著，同时具备 PHJ 器件载流子传
给体/受体材料之间的性质互补有效提高光生载流 输效率高和 BHJ 器件光生激子分离效率高的优点。
子的数量以及拓宽器件的光谱响应范围。本体异质 叠层垂直结构器件（图 6e）一般由两个或多个的光
结垂直结构（BHJ）器件（图 6c）是将给体材料与 响应器件单元以串联的方式制成，根据不同光功能
受体材料按一定比例均匀混合，可以使平面异质结 层光响应范围的差异，将不同材料吸收范围互补，
器件的吸光层厚度与激子扩散距离间的矛盾得以解 达到拓宽器件光谱响应范围的目的，但是叠层器件
决，改善平面异质结接触面积少的缺点，但其缺点 的制备工艺较为复杂且中间层材料和光活性材料较
是在 p 型和 n 型半导体材料混合后，载流子迁移速 难选取，限制了其在各个领域的广泛应用。
a—单层垂直结构；b—平面异质结垂直结构；c—本体异质结垂直结构；d—平面/体相混合异质结垂直结构；e—叠层垂直结构
图 6 垂直结构 OPDs 器件结构分类
Fig. 6 Device structure classification of OPDs with vertical structures
3 酞菁类化合物光电探测器的研究进展 3.1.1 平面/类平面型金属酞菁化合物
在各类金属酞菁化合物中，平面/类平面型金属
酞菁类化合物是有机光敏材料中十分重要的一 酞菁化合物因其发现最早、合成简单且具有良好的
类 [43] ，其丰富的结构变化和差异导致其具有较多的 光电导特性，在各种 OPDs 中的应用最为广泛。酞
光谱响应波长，光谱吸收主要集中在 600~900 nm 范 菁铜（CuPc）作为平面型金属酞菁化合物的重要一
围内的可见-近红外光区域。因此，利用不同种类酞 员，是典型的 p 型半导体，但由于其光生载流子分
菁化合物的吸收峰位置的差异可制成不同探测波长 离效率和迁移速率均较低，自发现以来的相当长一
的可见-近红外光电探测器，在不同的光电响应器件 段时期内被广泛应用于产品附加值较低的油墨和涂
领域中得到应用。 料等着色领域。异质结的发现为 CuPc 在高附加值
3.1 金属酞菁化合物 光电领域的应用提供了解决方案。基于 p 型和 n 型
无取代基的金属酞菁化合物的光敏特性主要取 有机半导体材料的 p-n 异质结对获得高光电转换量
决于在酞菁环内配位的金属原子的种类。因此，可 子效率、高光响应度的光电探测器非常重要。碳 60
以通过改变酞菁环内配位的金属原子种类来调节材 （C 60 ）及其衍生物是常见的高电子迁移率 n 型半导
料自身的分子属性，从而改变材料的光谱响应波长 体，研究发现，CuPc 和 C 60 之间的界面具有优异的
和光敏特性，拓展金属酞菁化合物的应用。图 7 为 载流子分离能力 [44] 。因此，将 p 型 CuPc 与 n 型 C 60
在有机光电探测领域中常用的金属酞菁化合物，按 及其衍生物进行掺杂复合有利于提高光电探测器的
照分子结构的平面性可分为平面/类平面型、非平面 光电探测性能。WEI 等 [45] 采用真空蒸镀法制备
金字塔型和非平面夹心型 3 类。 CuPc/C 60 光活性层，其光谱响应范围可以拓展至
