與有機太陽能電池類似，有機光電倍增探測器的結構主要包含單質結及體異質結兩種類型。最早提出的有機光電倍增探測器包含了陽極、活性層及陰極三個部分，夾在兩電極之間的活性層由單一的N型或P型有機化合物構成，這種類型的器件被稱為單質結器件。另外一種器件的活性層為給/受體(D/A)混合材料，被稱為體異質結器件。

有機光電倍增探測器的兩種典型結構：(a)單質結(b)體異質結

除了這兩種經(jīng)典結構外，有機太陽能電池還有第三種典型結構，即雙層異質結結構，其活性層由N型半導體膜與P型半導體膜堆疊而成，而在關于有機光電倍增探測器的報道中卻沒有對雙異質活性層的研究。而實際中，大量的工作是在電極和單質結或體異質結活性層之間引入界面修飾層來實現(xiàn)光電倍增性能從無到有的轉變或者是光電倍增性能的進一步改善。另外，在活性層中摻雜其它材料，也是改善器件光電倍增性能的一種重要手段。

有機光電倍增探測器是利用電子陷阱輔助空穴形成隧穿效應，或利用空穴陷阱輔助電子形成隧穿效應，從而使得外電路中的載流子大量注入回路，最終實現(xiàn)遠超過100%的外量子效率。具體地，當金屬電極與有機半導體層接觸時，由于兩者費米能級不同，導致在其界面處產(chǎn)生能帶彎曲，即形成肖特基(Schottky)結。當金屬電極的費米能級高于有機半導體材料的費米能級時，形成了從電極指向有機半導體層的內建電場，即在有機材料界面處形成一個向下的彎曲，阻礙了有機半導體中的空穴向電極中擴散。當金屬電極的費米能級低于有機半導體材料的費米能級時，形成了從有機半導體層指向電極的內建電場，即在有機材料界面處形成一個向上的彎曲，這會阻礙有機半導體中的電子向電極中擴散。

當有機半導體材料內部存在大量的空穴或電子陷阱時，這些陷阱所俘獲的載流子在外加電壓的作用下傳輸?shù)接袡C半導體與電極的交界區(qū)域，引起肖特基結區(qū)勢壘窄化，實現(xiàn)電流倍增。例如，對于有機半導體中存在大量電子陷阱的情形，光照后，光生電子被電子陷阱俘獲。當在電極端施加正向偏壓時，陷阱電子在外加電場的作用下向肖特基結區(qū)傳輸。電子到達結區(qū)窄化了肖特基結，提高了結區(qū)的電場強度，引起外電路的空穴從電極隧穿注入有機半導體，實現(xiàn)電流倍增效應。這是利用電子陷阱輔助空穴實現(xiàn)隧穿效應的原因。

而對于有機半導體中存在大量空穴陷阱的情形，光照后，光生空穴首先會被空穴陷阱俘獲，當在電極一端施加反向偏壓時，光生空穴被陷阱俘獲后會在外加電場的作用下向肖特基結區(qū)傳輸?？昭ǖ竭_結區(qū)窄化了肖特基結，引起外電路的電子從電極大量隧穿注入有機半導體。以上所述為有機光電倍增探測器中空穴陷阱輔助實現(xiàn)的電子隧穿效應。具體原理過程如圖所示。

有機光電倍增探測器的工作原理圖

審核編輯：湯梓紅