有機(jī)半導(dǎo)體材料在有機(jī)太陽(yáng)能電池、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、有機(jī)發(fā)光二極管等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛研究。近年來,隨著這類材料的迅猛發(fā)展,它們?cè)谟袡C(jī)熱電領(lǐng)域的潛力被逐漸發(fā)掘。構(gòu)成一個(gè)高效的有機(jī)熱電器件,p-型和n-型材料都是不可或缺的。然而,n-型有機(jī)半導(dǎo)體由于摻雜效率低、性能不穩(wěn)定等特點(diǎn)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于p-型材料的發(fā)展。因此,為使有機(jī)熱電器件實(shí)現(xiàn)盡可能高的能量轉(zhuǎn)化效率,提高n-型有機(jī)半導(dǎo)體材料的熱電性能便尤為關(guān)鍵。有機(jī)自由基中的未成對(duì)電子可以在不摻雜的情況下實(shí)現(xiàn)較高的電導(dǎo)率,但這類結(jié)構(gòu)通常具有極差的穩(wěn)定性。第一個(gè)工作介紹了基于雙自由基的醌式低聚噻吩衍生物BTICN和QTICN,兩個(gè)分子在酰亞胺基團(tuán)的橋接下具有良好的穩(wěn)定性和電導(dǎo)率。強(qiáng)拉電子基團(tuán)酰亞胺和醌式四噻吩連接后極大降低了材料的LUMO能級(jí)（從-4.58 e V降低到-4.69 e V）,兩個(gè)材料由于具有交叉共軛的雙自由基特點(diǎn)且在空氣中的半衰期在60天以上,成為醌式低聚噻吩材料中最穩(wěn)定的分子之一,在此項(xiàng)目中得到了深度研究。通過X射線電子能譜和拉曼光譜證明了QTICH分子中存在自摻雜作用,加上更為有序的分子堆積使得QTICN實(shí)現(xiàn)了0.34 S cm

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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常見n-型有機(jī)小分子熱電材料及摻雜劑

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-因子，該數(shù)值為已報(bào)道的n-型聚合物半導(dǎo)體最高功率因子[38]。圖1-2常見高性能n-型有機(jī)聚合物熱電材料1.3熱電器件的工作原理目前，有三種被廣泛接受的熱電效應(yīng)，分別是Seebeck效應(yīng)（SeebeckEffect）、Peltier效應(yīng)（PeltierEffect）和Thomson效應(yīng)（ThomsonEffect）。其中Seebeck效應(yīng)描述了溫差生電的過程：在兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成的回路中，如果兩導(dǎo)體的連接處具有不同的溫度，那么該回路即可產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)；Peltier效應(yīng)是Seebeck效應(yīng)的反過程：即向兩種導(dǎo)體的回路中施加電勢(shì)后，不同導(dǎo)體的接觸點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)溫差；而Thomson效應(yīng)描述的是：當(dāng)電流流過一段不均勻?qū)w時(shí)，導(dǎo)體中除了產(chǎn)生焦耳熱外還會(huì)釋放或吸收一定的熱量，這部分熱量被稱為Thomson熱。熱電發(fā)電機(jī)主要是利用Seebeck效應(yīng)將溫差轉(zhuǎn)化為電勢(shì)差。熱電發(fā)電機(jī)分別由一個(gè)p-型和一個(gè)n-型半導(dǎo)體構(gòu)成，n-型半導(dǎo)體中的載流子主要為電子，而p-型半導(dǎo)體中則多是空穴。將p-型和n-型兩種半導(dǎo)體材料按照?qǐng)D1-3的方式串聯(lián)在一起，并且在半導(dǎo)體兩端提供溫差，電子和空穴會(huì)在熱擴(kuò)散的作用下逐漸從熱端向冷端運(yùn)動(dòng)。電子和空穴分別在p-型和n-型材料中定向運(yùn)動(dòng)，便在兩種材料內(nèi)部產(chǎn)生了電場(chǎng)，n-型和p-型材料產(chǎn)生的電勢(shì)差疊加在一起可以作為電

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-源向外電路提供能量[39]。圖1-3熱電發(fā)電器基本工作原理1.4有機(jī)熱電材料性能參數(shù)熱電器件的能量轉(zhuǎn)化效率（η）和材料的熱電優(yōu)值（ZT）以及卡諾極限（ηc）相關(guān)。其中，卡諾極限為材料兩端的溫度（ΔT）差與熱端溫度（TH）的比值，即：ηC=TTH（1-1）器件的轉(zhuǎn)化效率可以表示為:η=ηC√1+ZT1√1+ZT+1（1-2）式中器件的熱電轉(zhuǎn)化效率同所用材料的ZT值相關(guān)，一個(gè)典型的熱電器件同時(shí)含有p-型和n-型材料，兩種材料的ZT值越高，器件所能達(dá)到的轉(zhuǎn)化效率就越大。ZT值得大小取決于材料的電導(dǎo)率（σ）、熱導(dǎo)率（κ）、Seebeck系數(shù)（α）、和溫度T：ZT=α2σκT（1-3）一個(gè)理想的熱電材料需要具有很高的電導(dǎo)率和較低的熱導(dǎo)率。式（1-3）中的σ、κ和α均和載流子濃度相關(guān)，平衡好這三個(gè)參數(shù)的相對(duì)關(guān)系對(duì)提高材料的ZT值十分必要。材料的電導(dǎo)率取決于體系內(nèi)載流子濃度（n）以及載流子遷移率（），即


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