[发明专利]一类氟硼二吡咯衍生物及其制备方法和利用其作为给体掺杂的光电探测器

说明书

本发明公开一类氟硼二吡咯衍生物及其制备方法和利用其作为给体掺杂的光电探测器；所述的所述氟硼二吡咯衍生物引入炔基作为一种P型半导体材料，且对紫外‑可见‑近红外光敏感；所述广谱光电探测器中的体异质结包含P型氟硼二吡咯衍生物和传统的N型富勒烯材料，同时探测器器件中位于所述异质结薄膜的阳极一侧依次设置空穴传输层PEDOT：PSS和透明导电衬底ITO玻璃，以及所述异质结薄膜阴极一侧依次设置电子传输层C₆₀、电子缓冲层LiF和金属背电极Al。本发明所述广谱光电探测器，器件结构和制作工艺简单，对温度不敏感，且具备高的的响应度，探测器响应速度快，在光电通信等领域具有良好的应用价值。

技术领域

本发明属于光电子领域，涉及一类氟硼二吡咯衍生物及其制备方法和利用其作为给体掺杂的光电探测器。

技术背景

近年来光电探测器(OPD)因其固有的机械柔性、易于加工、良好的光传感性能和生物相容性等特性，在数字成像技术、传感、通信技术、人工智能等领域引起了人们的广泛关注。不同波长区域的光探测器在各类光电子技术领域中发挥了重要作用。因此研制高性能的可见光光电探测器,对科学技术发展有着重要的意义。

光电探测器中常用的光敏材料包括无机材料和有机材料等，但大多数无机半导体材料由于其从可见光到红外区域的宽吸收光谱，不利于波长选择性。光电探测而有机材料的种类较多，可灵活地设计分子结构来调节材料的物化特性，从而很好地弥补了无机材料的不足之处。有机材料中电荷的光电分离是通过光生Frenkel电荷转移激子的解离发生的，其结合能范围为0.1～1eV。有机材料在光探测中，低折射率允许光有效地耦合到器件中，典型的光吸收长度～50nm允许实现超薄光电探测器件。目前的主要挑战之一是找到在NIR有较强的光吸收有机材料。氟硼二吡咯(BODIPY)材料是近年来最受关注的染料化合物之一。

已公开专利文本CN108807683A“一种宽光谱响应的倍增型有机光电探测器”公开了“一种宽光谱响应的倍增型有机光电探测器，其中，光敏层是由包含有机小分子给体材料(BODIPY材料)和有机小分子受体材料(PC₆₁BM或PC₇₁BM)的混合物制备的”。其公开的给体材料(BODIPY)在制备过程中会使用Pd(PPh₃)₄作为催化剂，这种钯催化剂的使用会造成以下几个问题，首先，钯这类贵金属由于价格高昂，一定程度上提高了氟硼二吡咯及其衍生物材料制备的成本，且钯催化剂属于危废，回收成本高，处理不当对环境也会造成不良的影响；其次，由于钯催化剂对氧气十分敏感，制备过程中氧气的控制需有严格的要求，制备过程较复杂。

发明内容

本发明目的在于提供一类氟硼二吡咯衍生物及其制备方法和利用其作为给体掺杂的光电探测器；所述一类氟硼二吡咯衍生物通过调节BODIPY远端的取代基，实现氟硼二吡咯衍生物的近红外广谱吸收，实现与受体材料的高匹配的能级，且本发明提供的一类氟硼二吡咯衍生物制备过程更加简单、成本低；所述光电探测器即包括给体与受体薄膜，采用本发明提供的所述氟硼二吡咯衍生物作为器件活性层的给体掺杂，在提高光电探测器的近红外范围的光探测率的同时还能降低器件的制备成本。

本发明的技术方案：

第一方面，本发明提供一类氟硼二吡咯衍生物，所述氟硼二吡咯衍生物分子为以下结构式中的任意一种：

其中，n≥1；

其中，化合物BODIPY-DN、BODIPY-TPN、BODIPY-TPP以下统称为BODIPY-X；化合物Pt-BODIPY-DN、Pt-BODIPY-TPN、Pt-BODIPY-TPP以下统称为Pt-BODIPY-X。

第二方面，本发明提供一类氟硼二吡咯衍生物的制备方法，所述氟硼二吡咯衍生物的合成路径如下：