李堯，王奮強(qiáng)，王愛玲，藍(lán)俊，劉虎，劉良朋，張鵬杰，吳回州，牛瑞霞，張栩瑩

（蘭州交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院， 蘭州 730070）

0 引言

作為光電轉(zhuǎn)換器件，有機(jī)光電探測(cè)器（Organic Photodetectors，OPDs）具有材料可選范圍廣泛、制備工藝較為簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、質(zhì)量較輕、柔性、響應(yīng)光譜范圍可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光通信［1-2］、醫(yī)學(xué)檢測(cè)［3-4］、圖像傳感器［5-6］等高科技領(lǐng)域。依據(jù)工作原理，OPDs 可分為二極管型和光電倍增型。二極管型有機(jī)光電探測(cè)器（Photodiode-type Organic Photodetectors，PD-OPDs）需要前置運(yùn)算放大電路放大光電流信號(hào)，且引入新的噪聲［7］。光電倍增型有機(jī)光電探測(cè)器（Photomultiplication-type Organic Photodetectors，PM-OPDs）通過兩種方法實(shí)現(xiàn)光電倍增：1）在活性層中引入陷阱，如量子點(diǎn)、小比例給體或受體材料；2）引入電子/空穴阻擋層或界面層。

ZHANG Fujun 課題組提出主流的P3HT：PC71BM 體系，以ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PC71BM/LiF/Al為結(jié)構(gòu)，控制給體（P3HT）、受體（PC71BM）摻雜質(zhì)量比為100∶1，在本體異質(zhì)結(jié)中阻斷電子傳輸通道，實(shí)現(xiàn)單載流子（空穴）傳輸?shù)腜M-OPDs［8］。在外置偏壓為-20 V 時(shí)，外量子效率（External Quantum Efficiency，EQE）高達(dá)16 700%。然而，P3HT 和富勒烯衍生物（PC71BM）的光學(xué)吸收主要在紫外-可見光范圍，對(duì)近紅外光的吸收較弱。因此，采用三元活性層的策略，采用吸收光譜互補(bǔ)的窄帶隙給體或非富勒烯受體可有效拓展光譜響應(yīng)范圍，提升器件對(duì)近紅外光的響應(yīng)能力。WANG Wenbin 等將PTB7-Th 引入P3HT∶PC71BM體系，基于ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶PC71BM（50∶50∶1，wt/wt/wt）/Al 結(jié)構(gòu)制備了三元器件［9］，光譜響應(yīng)范圍涵蓋300～860 nm，-50 V 偏壓下的EOE 達(dá)到近2 000%，但大于800 nm 的區(qū)域EQE 較小，且比探測(cè)率（Specific Detectivity，D*）整體上低于1012Jones，存在近紅外區(qū)的EQE 和D*較低的問題。MIAO Jianli 等基于ITO/PFN-OX/P3HT∶PTB7-Th∶PC61BM（40∶60∶1，wt/wt/wt）/Al 結(jié)構(gòu)，在雙向偏壓下實(shí)現(xiàn)可調(diào)光譜響應(yīng)，光譜響應(yīng)范圍為350～800 nm［10］，但50 V 偏壓下的EQE 不超過600%，D*低于1012Jones，整個(gè)光譜響應(yīng)范圍內(nèi)的EQE 和D*均偏低。AN Tao 等制備了基于ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7∶PC61BM（8∶2∶10，wt/wt/wt）/Al 結(jié)構(gòu)的三元PM-OPDs，獲得380～780 nm 的寬光譜響應(yīng)，-1 V 偏壓下在460、530和630 nm 光照下的響應(yīng)度（Responsivity，R）分別為241、291 和178 A/W［11］，D*超過1012Jones，但響應(yīng)光譜并未拓展至近紅外區(qū)域。盡管上述文獻(xiàn)中報(bào)道的三元PM-OPDs 的光譜響應(yīng)范圍已經(jīng)在一定程度上拓寬，但在近紅外區(qū)域，其EQE 和D*相對(duì)較低，高性能近紅外三元PM-OPDs 的研究仍然面臨挑戰(zhàn)。

本文采用溶液法制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F（100-x∶x∶1，wt/wt/wt）/Al 的三元PM-OPDs。選擇聚合物P3HT 和窄帶隙聚合物PTB7-Th 作為雙給體，非富勒烯IEICO-4F作為受體。這三種材料的吸收光譜范圍互補(bǔ)，P3HT 在可見光范圍內(nèi)吸收強(qiáng)度較高，而PTB7-Th和IEICO-4F在近紅外光范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收能力，將光譜響應(yīng)范圍拓展至近紅外，為實(shí)現(xiàn)高性能可見-近紅外PM-OPDs 創(chuàng)造了條件。采用本體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可提高激子解離效率，以小比例受體（1 wt%）作為電子陷阱［8-10］，輔助誘導(dǎo)陰極（Al）/活性層界面能帶發(fā)生彎曲從而實(shí)現(xiàn)外電路空穴的隧穿注入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光電倍增。保持活性層中受體IEICO-4F 的含量（1 wt%）不變，x表示給體中PTB7-Th 的含量，分別為0、20 wt%、40 wt%和50 wt%。本文通過測(cè)試活性層薄膜的吸收光譜和光致發(fā)光譜，以及在反偏電壓作用下器件的暗電流和在450、520、655、850 和980 nm 光照下的光電流，研究了PM-OPDs 的外量子效率、響應(yīng)度、比探測(cè)率、線性動(dòng)態(tài)范圍（Linear Dynamic Range，LDR）和光電倍增機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 器件制備

將刻蝕好的ITO 導(dǎo)電玻璃（尺寸為31.9 mm×31.9 mm×0.7 mm，方塊電阻≤15 Ω/□，膜厚為135 nm）依次使用洗滌劑溶液、去離子水和無水乙醇（99.7%）超聲清洗各兩次，每次以40 ℃清洗20 min。將清洗后的ITO 導(dǎo)電玻璃放入烘干箱（70 ℃）烘干30 min，之后紫外臭氧處理15 min，以提高功函數(shù)。用勻膠機(jī)將PEDOT∶PSS 溶液以5 000 r/min（時(shí)長(zhǎng)40 s）旋涂在ITO 導(dǎo)電玻璃上，經(jīng)100 ℃退火10 min 后轉(zhuǎn)移到充滿氮?dú)獾氖痔紫渲小3HT、PTB7-Th 和IEICO-4F 分別溶于1，2-二氯苯（o-DCB）以制備40 mg/mL 的溶液，然后分別制備P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 摻雜質(zhì)量比為100∶0：1、80∶20∶1、60∶40∶1 和50∶50∶1 的混合溶液。經(jīng)磁力攪拌（35 ℃）至少10 h 后，將混和溶液以600 r/min（時(shí)長(zhǎng)30 s）旋涂到PEDOT∶PSS 上形成約250 nm 厚的活性層，然后以100 ℃退火10 min。最后，在熱蒸發(fā)真空薄膜沉淀系統(tǒng)中蒸鍍厚度約為100 nm的Al 電極（真空度為5×10-4Pa，速率為0.5 nm/s）。器件的有效面積為0.09 cm2。PEDOT∶PSS 和P3HT 購(gòu)自西安寶萊特光電科技有限公司，PTB7-Th 和IEICO-4F 購(gòu)自東莞伏安光電科技有限公司。

1.2 器件表征及測(cè)量

器件的電流密度-電壓（J-V）曲線由Keithley 2400 數(shù)字源表測(cè)量。光源采用450（SHARP）、520（OSRAM）、655（UNION OPTRONICS CORP）、850（UNION OPTRONICS CORP）和980（UNION OPTRONICS CORP） nm 的激光二極管，入射光強(qiáng)由中性衰減片、穩(wěn)壓穩(wěn)流電源和激光功率計(jì)校對(duì)。吸收光譜由HITACHI U-3900H 紫外分光光度計(jì)測(cè)得，光致發(fā)光譜由HITACHI F-7100 熒光分光光度計(jì)測(cè)得。采用BRUKEY Dektak XT 臺(tái)階儀測(cè)量修飾層和活性層厚度。所有測(cè)量均在室溫大氣環(huán)境下進(jìn)行。

1.3 性能參數(shù)

器件的外量子效率（EQE）［12］、響應(yīng)度（R）［13］、比探測(cè)率（D*）［14］、線性動(dòng)態(tài)范圍（LDR）［15-16］和遷移率（μ）［17］計(jì)算公式為

式中，JL和JD分別為光、暗電流密度（A/cm2），Jph為光生電流密度（A/cm2），Pin為入射光功率（mW/cm2），h為普朗克常量（6.626×10-34J·s），ν為入射光頻率，λ為入射光波長(zhǎng)，c為真空光速，q為電子電荷量（1.6×10-19C），為器件在入射光功率1 mW/cm2下的光生電流密度，ε為有機(jī)半導(dǎo)體的相對(duì)介電常數(shù)，ε0為真空介電常數(shù)（8.85×10-12F/m），L為有機(jī)活性層的厚度。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料與器件結(jié)構(gòu)

活性層材料的分子結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)及材料能級(jí)示意圖如圖1 所示。器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F/Al，ITO 和Al 分別作為陽(yáng)極和陰極。在活性層中，大比例給體（P3HT 和PTB7-Th）將小比例非富勒烯受體（IEICO-4F）包圍，IEICO-4F 與P3HT 和PTB7-Th 的最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）能級(jí)分別相差為0.99 eV 和0.53 eV，小比例的IEICO-4F 可作為電子陷阱。由于電子傳輸通道不連續(xù)，空穴通過P3HT 和PTB7-Th 遷移并被電極收集。P3HT、PTB7-Th 和IEICO-4F 具有互補(bǔ)的吸收光譜，利用三元體系可將器件光譜響應(yīng)范圍拓展至近紅外。具有不同P3HT 和PTB7-Th 質(zhì)量比的三元共混膜的吸收光譜如圖2 所示，在650～850 nm 光譜范圍的吸收系數(shù)隨PTB7-Th 質(zhì)量比的增加而增加，這得益于PTB7-Th 在該區(qū)域良好的光吸收。

圖2 三元共混膜的吸收光譜Fig. 2 Absorption spectrum of ternary blend film

2.2 器件的電流密度-電壓（J-V）特性

三元PM-OPDs 的暗電流密度（JD）如圖3 所示。在反偏電壓作用下，器件具有很小的暗電流密度（10-8～10-3A/cm2），這歸因于：1）質(zhì)量比為1%的IEICO-4F 在活性層中無法形成連續(xù)的電子傳輸通道，電子電流可忽略不計(jì)；2）Al 的功函數(shù)與P3HT 和PTB7-Th 的最高占據(jù)分子軌道（HOMO）形成較大的空穴注入勢(shì)壘，阻礙空穴從外電路注入。Al 的功函數(shù)與PTB7-Th 的HOMO 能級(jí)相差1.04 eV，相對(duì)于其與P3HT 的HOMO能級(jí)之間的0.9 eV 能級(jí)差，Al與PTB7-Th 的HOMO 能級(jí)具有更大的空穴注入勢(shì)壘，更有效地限制了活性層中由外電路空穴注入而產(chǎn)生的暗電流（空穴電流）。因此，隨著雙給體中PTB7-Th 的質(zhì)量比增加，空穴注入勢(shì)壘增大，導(dǎo)致JD逐漸減小。當(dāng)P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 質(zhì)量比為50∶50∶1 時(shí)，JD最小，-15 V 下低至1.51×10-4A/cm2。PEDOT∶PSS 作為空穴傳輸層，正偏壓下外電路中的空穴從陽(yáng)極ITO 通過PEDOT∶PSS傳輸至P3HT 和PTB7-Th 的HOMO 能級(jí)，最終被陰極Al 收集并形成暗電流。正向偏壓下，以PEDOT∶PSS 為陽(yáng)極修飾層且單空穴傳輸?shù)腜M-OPDs 對(duì)入射光無響應(yīng)。因此，正偏壓下的JD略大于反偏壓下的JD。

圖3 器件的暗電流密度-電壓（JD-V）曲線Fig. 3 Dark current density-voltage （JD-V） curve of the device

圖4 為三元PM-OPDs 分別在450、520、655 和850 nm 光照下的光電流密度（JL），入射光功率均為1 mW/cm2。光照時(shí)，大量光生電子-空穴對(duì)（激子）移動(dòng)到P3HT/IEICO-4F、PTB7-Th/IEICO-4F 和P3HT/PTB7-Th 界面并發(fā)生解離，陰極附近的電子陷阱捕獲更多的電子，電子在活性層/Al 界面堆積，從而使界面能帶發(fā)生彎曲，進(jìn)而誘發(fā)外部電路的空穴隧穿注入到活性層。因此，在反偏電壓作用下，JL顯著增大，在-15 V 下PM-OPDs 的JL比JD大2～3 個(gè)數(shù)量級(jí)。保持入射光功率不變，PM-OPDs 的JL隨反偏電壓的增加而增加。這是因?yàn)榉雌妷寒a(chǎn)生的電場(chǎng)與界面庫(kù)倫電場(chǎng)方向一致，反偏電壓將加速陰極附近陷阱電子的堆積，進(jìn)而促進(jìn)空穴的隧穿注入。在-15 V 下，隨著雙給體中PTB7-Th 含量不斷增加，JL先增大后減小，在450、520、655 和850 nm 光源下表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，如圖4 所示。當(dāng)P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 質(zhì)量比為60∶40∶1 時(shí)，JL最大，在655 nm 光照、-15 V 電壓下JL達(dá)9.99×10-1A/cm2，如圖4（c）所示。在520 nm 光照下，質(zhì)量比為P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F（60∶40∶1，wt/wt/wt）的三元PM-OPDs 的J-V曲線如圖5 所示。在反偏電壓作用下，三元PM-OPDs 的JL隨著入射光功率的增大而增大。這是因?yàn)槿肷涔夤β试酱?，活性層中光生電子越多，Al 附近陷阱捕獲的光生電子越多，空穴的隧穿注入越強(qiáng)，器件的光電流越大。

圖4 器件在1 mW/cm2光照下的光電流密度-電壓（JL-V）曲線Fig. 4 Photocurrent density-voltage （JL-V） curve of the device under 1 mW/cm2 illumination

圖5 黑暗條件和520 nm 光照下，摻雜質(zhì)量比為P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F（60∶40∶1，wt/wt/wt）的器件的電流密度-電壓（J-V）曲線Fig. 5 Current density-voltage （J-V） curves of devices with doping mass ratio of P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F （60∶40∶1， wt/wt/wt） under dark conditions and illumination at a wavelength of 520 nm

2.3 器件的光譜響應(yīng)特性

EQE 是器件電極所收集的電荷數(shù)與入射光子數(shù)之比，用于表征OPDs 的光電轉(zhuǎn)換效率。在反偏電壓作用下，為進(jìn)一步研究不同質(zhì)量比的PTB7-Th 對(duì)三元PM-OPDs 性能的影響，以確定P3HT 與PTB7-Th 的最優(yōu)質(zhì)量比，在入射光功率為1 mW/cm2的450、520、655、850 和980 nm 光照下分別計(jì)算了各質(zhì)量比器件的外量子效率，如圖6 所示。在-15 V 偏壓下，隨著雙給體中PTB7-Th 質(zhì)量比的增加，EQE 先增大后減小，表現(xiàn)出與JL相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 質(zhì)量比為60∶40∶1 時(shí)，三元PM-OPDs 的EQE 最大，光譜響應(yīng)范圍拓展至近紅外，在450、520、655、850 和980 nm 處EQE 分別為2 666.40%、1 752.11%、1 894.26%、938.22%和73.29%。三元器件在可見光范圍內(nèi)具有高的EQE，同時(shí)在近紅外區(qū)域的EQE 顯著提升，在850 nm 處的EQE（938.22%）分別是相同條件下二元器件P3HT∶IEICO-4F（100∶1，wt/wt）的2.23 倍。這是由于P3HT、PTB7-Th 及IEICO-4F 具有互補(bǔ)的光譜響應(yīng)范圍，三元本體異質(zhì)結(jié)的策略進(jìn)一步增加了陷阱數(shù)量和激子解離界面，促進(jìn)了外部電路中空穴的隧穿注入，在可見光-近紅外范圍獲得高的外量子效率。除了外量子效率外，響應(yīng)度和比探測(cè)率同樣是描述OPDs 倍增特性的重要參數(shù)。如圖7 所示，隨著雙給體中PTB7-Th 質(zhì)量比的增加，器件的R和D*均先增大后減小。在-15 V 偏壓作用下，當(dāng)P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 質(zhì)量比為60∶40∶1 時(shí)，三元PM-OPDs 的R和D*達(dá)到最大，在850 nm 處的R（641.91 A/W）與D*（7.93×1013Jones）分別是相同條件下二元器件P3HT∶IEICO-4F（100∶1，wt/wt）的2.23 倍和7.08 倍。因此，PTB7-Th 質(zhì)量比為40%的三元PM-OPDs 性能最優(yōu)。隨著反偏電壓的增大，最優(yōu)質(zhì)量比器件的EQE、R和D*均逐漸增大，如圖8 和表1 所示。這是因?yàn)椋?）活性層中空穴的傳輸速度隨反偏電壓的增大而增大；2）更大的反偏電壓將加速被陷阱捕獲的光生電子移動(dòng)到陰極附近，堆積在陰極附近的電子數(shù)量增加［18］；3）隨著反偏電壓的增加，使P3HT 和PTB7-Th 的HOMO 能級(jí)進(jìn)一步彎曲，空穴的隧穿注入隨之增強(qiáng)。與目前主流的PM-OPDs 相比，本文最優(yōu)器件在近紅外區(qū)域的性能優(yōu)異，在850 nm 光照下器件的EQE、R和D*明顯優(yōu)于其他器件，如表2 所示。

表1 最優(yōu)質(zhì)量比器件在不同偏壓與波長(zhǎng)下的響應(yīng)度和比探測(cè)率Table 1 Responsivity and specific detectivity of optimal mass ratio devices at different bias voltages and wavelengths

表2 最優(yōu)質(zhì)量比器件與目前主流器件的性能參數(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of performance parameters between optimal mass ratio devices and current mainstream devices

圖6 在-15 V 偏壓下器件的EQEFig. 6 EQE of the device under -15 V bias voltage

圖7 -15 V 偏壓下器件的響應(yīng)度與比探測(cè)率光譜Fig. 7 Responsivity and specific detectivity of the device under -15 V bias

圖8 最優(yōu)質(zhì)量比器件在不同偏壓下的EQEFig. 8 EQE of devices with optimal mass ratio under different bias voltages

LDR 是評(píng)估光電探測(cè)器光敏線性度的重要指標(biāo)，表示在一定光強(qiáng)范圍內(nèi)光生電流與光強(qiáng)呈線性關(guān)系。圖9 為在-12 V、-14 V 和-15 V 偏壓下最優(yōu)質(zhì)量比器件（P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F=60∶40∶1）在520 nm 激光源下的Jph-Pin曲線，Jph隨Pin的增加而線性增加，表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)。在-15 V 偏壓、520 nm 激光源下，LDR 為69.81 dB。

圖9 最優(yōu)質(zhì)量比器件在不同偏壓、520 nm 下的Jph-Pin曲線Fig. 9 Jph-Pin curves of devices with optimal mass ratio at different bias voltages and 520 nm

2.4 雙給體三元PM-OPDs 的倍增機(jī)理

三元PM-OPDs 在光照、反偏電壓作用下載流子的傳輸過程如圖10（a）所示。光照時(shí)，活性層中P3HT、PTB7-Th 和IEICO-4F 產(chǎn)生的大量光生電子-空穴對(duì)（激子）移動(dòng)到P3HT/IEICO-4F、PTB7-Th/IEICO-4F和P3HT/IEICO-4F 界面并發(fā)生解離，電子陷阱捕獲遷移的光生電子。在反偏電壓作用下，被俘光生電子在陰極附近不斷積累并產(chǎn)生庫(kù)倫電場(chǎng)，遂引起Al/活性層界面能帶彎曲，輔助外部電路中的空穴隧穿注入到活性層。反偏電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)與陰極附近光生電子產(chǎn)生的庫(kù)倫電場(chǎng)反向一致，由此會(huì)加速光生電子、光生空穴和隧穿空穴的傳輸與收集，同時(shí)增加陰極附近P3HT 和PTB7-Th 的HOMO 能級(jí)彎曲，進(jìn)一步促進(jìn)外電路空穴的隧穿注入。

圖10 器件的電荷傳輸示意圖和活性層中三種電子陷阱Fig. 10 Schematic diagram of the charge transport of the device and three electron traps in the active layer

為了探究三元PM-OPDs 的JL和EQE 的變化規(guī)律，在反偏電壓作用下分別測(cè)試了具有不同PTB7-Th質(zhì)量比器件的空穴遷移率（μp）和光致發(fā)光譜，如圖11（a）、（b）所示。在-15 V 偏壓下，器件在同一波長(zhǎng)光照下的μp與JL和EQE 的變化趨勢(shì)一致，最優(yōu)質(zhì)量比器件在450、520、655 和850 nm 處的μp分別為3.37×10-8、2.56×10-8、3.48×10-8和2.24×10-8m2·V-1·s-1。在500 nm 激發(fā)光下，隨著PTB7-Th 在共混膜中的質(zhì)量比增加，光致發(fā)光譜的峰值向短波方向移動(dòng)。這一現(xiàn)象可歸因于，隨著PTB7-Th 含量的增加，PTB7-Th 能級(jí)可能發(fā)生劈裂，產(chǎn)生更高能級(jí)之間的電子躍遷，輻射出更高能量的光子，于是光致發(fā)光譜峰值向更低的波長(zhǎng)移動(dòng)。此外，隨著PTB7-Th 質(zhì)量比的增加，熒光發(fā)射被淬滅，器件的光致發(fā)光強(qiáng)度不斷減弱，表明活性層的激子解離效率越來越高。這是由于，與二元體系P3HT∶IEICO-4F 只有一種激子解離界面（P3HT/IEICO-4F）相比，三元體系P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 具有三種激子解離界面（P3HT/IEICO-4F、PTB7-Th/IEICO-4F 和P3HT/PTB7-Th），如圖10（a）所示。因此，當(dāng)PTB7-Th 質(zhì)量比從0 增加到40%，活性層的激子解離效率不斷增強(qiáng)，器件的JL和EQE 增大。三元體系P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 具有三種電子陷阱（深陷阱P3HT/IEICO-4F/P3HT、中等陷阱P3HT/IEICO-4F/PTB7-Th 和淺陷阱PTB7-Th/IEICO-4F/PTB7-Th），而二元體系P3HT∶IEICO-4F 只有一種電子陷阱（P3HT/IEICO-4F/P3HT），如圖10（b）所示。當(dāng)PTB7-Th 質(zhì)量比超過40%，活性層中的中等陷阱和淺陷阱增多，同時(shí)空穴注入勢(shì)壘不斷增高，導(dǎo)致JL和EQE 減小。

圖11 器件的遷移率和活性層的光致發(fā)光譜Fig. 11 Mobility of the device and photoluminescence spectrum of the active layer

3 結(jié)論

本文在P3HT∶IEICO-4F 體系中引入不同質(zhì)量比的PTB7-Th，制備了具有可見-近紅外光譜響應(yīng)的高性能PM-OPDs。在-15 V 偏壓和同一波長(zhǎng)光照下，器件的JL和EQE 隨PTB7-Th 質(zhì)量比的增加先增大后減小。最優(yōu)質(zhì)量比器件的活性層中PTB7-Th 的質(zhì)量比為40%，在-15 V 偏壓下，在450、520、655 和850 nm光照下最優(yōu)質(zhì)量比器件的EQE 分別為2 666.40%、1 752.11%、1 894.26%和938.22%，R分別為965.80、733.35、998.68 和641.91 A/W，D*均超過1013Jones；在850 nm 光照下，器件的R與D*分別是相同條件下二元器件P3HT∶IEICO-4F（100∶1， wt/wt）的2.23 倍和7.08 倍。調(diào)整三元體系P3HT∶PTB7-Th∶IEICO-4F 中PTB7-Th 的質(zhì)量比，能夠調(diào)控活性層激子解離效率、電子陷阱數(shù)量和空穴注入勢(shì)壘高度，進(jìn)而提升器件性能。研究表明，以非富勒烯材料為受體，采用響應(yīng)光譜互補(bǔ)的三元（雙給體單受體）體異質(zhì)結(jié)的策略，能將PM-OPDs 的光譜響應(yīng)范圍拓展至近紅外區(qū)域。