非富勒烯受体（即乙基己基罗丹宁-苯并噻二唑偶联茚并二噻吩eh-IDTBR）有机光电二极管比富勒烯受体（即[6,6]-苯基C71丁酸甲酯PC71BM）有机光电二极管（OPD）展现了更高的检测率和更快的响应时间，这是由于载流子注入抑制了暗电流，并且非富勒烯受体陷阱密度低。此外，基于非富勒烯受体的光电探测器在电和热应力下显示出更好的操作稳定性。形态学和晶体学分析表明含有非富勒烯受体的感光膜在施加外部应力后仍保持完整。
非富勒烯受体光电二极管的响应时间及器件稳定性
非富勒烯受体eh-IDTBR为电子受体，选择PC71BM作为对比的富勒烯受体，因为PC71BM是有机电子学中应用广泛的富勒烯衍生物之一。通过测量电流、线性动态范围和瞬态照片来评估它们的光电二极管特性。此外，研究了暗电流产生的陷阱密度和光致发光（PL）衰减曲线，以确定受体材料的暗电流抑制和快速光响应效应。
图1 a) 包含阻挡层的有机半导体器件结构示意图。插图：由电子受体材料（PC71BM 和 eh-IDTBR）组成的感光层的纳米结构填充示意图。 b) PBDTTT-EFT、eh-IDTBR 和 PC71BM 的分子结构。
通过以6 mW cm-2的入射功率密度打开和关闭 LED 来评估有机半导体器件的响应时间。如图2所示，富勒烯受体有机半导体表现出 6.24 µs 的上升时间和 10.8 µs 的下降时间。由于OPD器件的响应时间受内部电容和电荷传输时间的影响，推测 PC71BM 具有较高的内部电容和较大的陷阱位点。非富勒烯受体OPD器件的上升和下降时间分别为2.72 µs和4.32 µs。
图2 a,b) 带有 PBDTTT-EFT:PC71BM 和 PBDTTT-EFT:eh-IDTBR 的 OPD 的开关响应。 c,d) PC71BM、eh-IDTBR、PBDTTT-EFT、PBDTTT-EFT:PC71BM 和 PBDTTT-EFT:eh-IDTBR 薄膜的 tcspc 分析的光致发光 (PL) 衰减曲线 (Iexc = 454 nm)。
通过测量非富勒烯和富勒烯光敏薄膜的时间相关单光子计数（TCSPC），从电荷载流子动力学/动力学电荷载流子迁移的角度研究了非富勒烯受体OPD的快速响应时间的来源。根据吸光度和光致发光 (PL) 来选择激发波长。为了使 OPD 表现出快速响应时间，快速淬灭激子很重要。在这方面，有两个因素需要考虑：受体材料内的激子猝灭和在异质结中从供体到受体的电荷载流子转移。对于第1点，PC71BM 薄膜的单重态激子寿命τS1为10.72 ns，而 eh-IDTBR 薄膜的τS1短得多（6.39 ns）。 这是由于PC71BM有更多的缺陷位点，延迟了PL淬火。对于第二点，测量了eh-IDTBR和PC71BM的TCSPC。光敏层中的单重态激子衰减与快速扩散到供体-受体界面有关，而长寿命组分与电荷分离后的电荷复合有关。此外，PBDTTT-EFT 和 PC71BM 混合物的τCT比PBDTTT-EFT和eh-IDTBR混合物更长，这意味着源自陷阱位点的电荷转移状态中的电荷复合增加了。因此，基于eh-IDTBR的OPD表现出更快的开关响应，这是由于有效的电荷分离和通过重新组合的陷阱密度进行的电荷转移。
图3 吸收率
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