本文關(guān)鍵詞：有機半導體材料載流子復合的研究

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【摘要】：近年來,科學家們對有機半導體材料的研究不斷深入,在有機太陽能電池、有機電致發(fā)光、有機場效應晶體管以及有機存儲器和傳感器等有機半導體器件領(lǐng)域取得了令人矚目的成績。有機半導體器件的性能與有機半導體材料的輸運性質(zhì)息息相關(guān)。其中,載流子復合是有機半導體器件性能的主要損耗因素之一。同時,載流子復合速率對載流子壽命有很大的影響,如果有效地控制載流子的復合,可以顯著地增加載流子的壽命。本文分別以有機聚合物材料poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和有機小分子材料N,N'-Bis-(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'diamin(NPB)為研究對象,設(shè)計制備了以有機材料P3HT和PC61BM混合薄膜為有機層和以小分子材料NPB為有機層的有機半導體光電器件,并深入研究了有機光電器件的載流子復合相關(guān)性質(zhì)。主要內(nèi)容如下:1.制備了以P3HT和PC61BM混合薄膜為有機層的光電器件,并利用線性增壓電荷抽取技術(shù)(charge extraction by linearly increasing voltage-CELIV)研究了P3HT和PC61BM混合薄膜束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合性質(zhì)�？疾炝思ぐl(fā)光強度,混合薄膜中PC61BM的含量和混合薄膜的熱退火處理以及混合薄膜的厚度對載流子雙分子復合速率的影響。研究表明,激發(fā)光強度,混合薄膜中PC61BM的含量和混合薄膜的熱退火處理對束縛態(tài)限制載流子雙分子復合速率有較大的影響,而混合薄膜的厚度對復合速率的影響非常小。激發(fā)光強度的變化導致混合薄膜產(chǎn)生不同的光生載流子濃度。在束縛態(tài)穩(wěn)定的條件下,復合速率隨著載流子濃度的升高而增加。最佳的給受體比例和混合薄膜的熱退火處理都可以降低陷阱的束縛能,低能量的陷阱更有利于束縛態(tài)載流子解離和傳輸,增加了載流子的遷移率。而混合薄膜的厚度對束縛態(tài)限制載流子雙分子復合速率的影響非常小。隨著混合薄膜厚度的增加,束縛態(tài)限制載流子雙分子復合速率緩慢地增加。高的束縛態(tài)限制載流子雙分子復合速率意味著束縛態(tài)密度分布的中心位于較低的能量,低能量束縛態(tài)更有利于載流子的傳輸和收集。2.在典型的三明治結(jié)構(gòu)有機半導體器件中引入絕緣層,通過CELIV技術(shù)考察了有機半導體器件的光生載流子壽命。研究發(fā)現(xiàn)此種結(jié)構(gòu)器件的光生載流子壽命長達2h左右。原因是材料中雜質(zhì)的存在,使有機半導體材料的能帶發(fā)生彎曲。能帶的彎曲導致半導體活性層中產(chǎn)生空穴富集區(qū),同時也會使材料吸收光產(chǎn)生的電子和空穴快速分離。空穴儲存在空穴富集區(qū),電子迅速地從電極流出,有效地抑制了載流子復合,實現(xiàn)了超長的載流子(空穴)壽命。并且,理論上分析,通過調(diào)節(jié)有機半導體器件的能級結(jié)構(gòu),可以顯著增加載流子的壽命。因此,為了理解和證明如何通過改變器件結(jié)構(gòu)和有機材料來調(diào)節(jié)載流子的壽命。制備了Al2O3絕緣層薄膜取代Si O2絕緣層的有機半導體器件,研究發(fā)現(xiàn)基于Al2O3絕緣層器件的光生空穴載流子壽命超過了2小時。進一步研究了不同補償電壓和激發(fā)光強度對載流子壽命的影響,闡明了超長載流子壽命的作用機理。更重要的是,基于相同器件結(jié)構(gòu)的其他有機半導體材料TPD、TAPC、Spiro也檢測到了載流子長壽命的現(xiàn)象。長壽命載流子的存在使器件具有顯著的電荷積累效應,在有機存儲和高靈敏度光電探測器方面有廣闊的應用前景。
【關(guān)鍵詞】：有機半導體 光生載流子 載流子復合 載流子壽命
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 前言11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 有機半導體材料的載流子輸運12-15
• 1.2.1 載流子漂移13-14
• 1.2.2 載流子擴散14
• 1.2.3 載流子復合14-15
• 1.3 有機半導體材料的應用15-20
• 1.3.1 有機太陽能電池器件15-18
• 1.3.2 有機電致發(fā)光器件18-20
• 1.4 線性增壓電荷抽取（Charge extraction by linearlyIncreasing voltage-CELIV）技術(shù)介紹20-25
• 1.4.1 線性增壓電荷抽取方法(傳統(tǒng)CELIV技術(shù)）20-24
• 1.4.2 改進的CELIV技術(shù)24-25
• 1.5 本論文的設(shè)計思想與主要內(nèi)容25-27
• 1.5.1 設(shè)計思想25-26
• 1.5.2 主要內(nèi)容26-27
• 參考文獻27-31
• 第二章 P3HT和PC61BM混合薄膜束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合研究31-54
• 2.1 引言31-33
• 2.2 實驗部分33-34
• 2.2.1 實驗所使用試劑33
• 2.2.2 器件的制備33-34
• 2.2.3 實驗測試需要的儀器34
• 2.3 結(jié)果與討論34-48
• 2.3.1 如何得到P3HT和PC61BM混合薄膜的束縛態(tài)限制載流子雙分子復合速率34-37
• 2.3.2 激發(fā)光強度對束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合速率的影響37-39
• 2.3.3 活性層給受體比例對束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合速率的影響39-44
• 2.3.4 活性層的熱退火處理對束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合速率的影響44-45
• 2.3.5 活性層的厚度對束縛態(tài)限制的載流子雙分子復合速率的影響45-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 參考文獻49-54
• 第三章 有機半導體材料NPB的超長載流子壽命研究54-74
• 3.1 引言54-55
• 3.2 實驗部分55-57
• 3.2.1 實驗所使用試劑55-56
• 3.2.2 器件的制備56-57
• 3.3 結(jié)果與討論57-68
• 3.3.1 實驗使用分子的結(jié)構(gòu)式57
• 3.3.2 絕緣層材料介電常數(shù)對載流子壽命的影響57-63
• 3.3.3 激發(fā)光強度對載流子壽命的影響63-64
• 3.3.4 有機層厚度對載流子壽命的影響64-65
• 3.3.5 補償電壓對載流子壽命的影響65-66
• 3.3.6 其他有機材料是否存在超長的載流子壽命66-68
• 3.4 本章小結(jié)68-69
• 參考文獻69-74
• 第四章 結(jié)論74-76
• 作者簡介76
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文及獲得的科研成果76-77
• 致謝77

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