金屬氧化物納米復(fù)合物在有機(jī)光電器件中的應(yīng)用.pdf

1、和傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)材料相比，有機(jī)材料由于其質(zhì)輕，容易獲得，易于制備及柔韌性好，可大面積生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，基于有機(jī)半導(dǎo)體的有機(jī)電子器件在過(guò)去十年一直受到學(xué)術(shù)和工業(yè)的極大關(guān)注。
　　在這些器件中，由于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及可以和下一代便攜式可彎曲柔性存儲(chǔ)器件相結(jié)合，有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)器件成為了一個(gè)集中研究的熱點(diǎn)，近期，已經(jīng)有一些有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)器件應(yīng)用到存儲(chǔ)設(shè)備中，并取得了一些進(jìn)展，將納米復(fù)合物和納米顆粒/有機(jī)材料的混合物作為雙穩(wěn)態(tài)器件的活性層是一個(gè)可以獲得高 ON/

2、OFF比及壽命的很成功的方法。ZnO納米顆粒和PVP聚合物由于具有很好的穩(wěn)定性，易于制備，有很好的電學(xué)性質(zhì)在過(guò)去幾年當(dāng)中，被廣泛應(yīng)用在了存儲(chǔ)器件當(dāng)中。
　　目前，基于聚合物：富勒烯結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到10.6％，而單層聚合物太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到9.94%，且已經(jīng)通過(guò)認(rèn)證，現(xiàn)在越來(lái)越多人將研究重點(diǎn)放在提高有機(jī)光伏器件的轉(zhuǎn)換效率。影響聚合物電池的轉(zhuǎn)換效率的主要因素是光吸收及電荷的收集，因此可以通過(guò)提高光吸收提高電

3、池的轉(zhuǎn)換效率，由于導(dǎo)體聚合物載流子遷移率較低和激子壽命較短，活性層厚度一般控制在100nm左右，厚度太大，由于自由電荷載流子的重組，這些成為降低電池轉(zhuǎn)換效率的主要原因，而厚度太小會(huì)減弱光吸收，從而成為降低光電流的主要原因，因此可以選用一些特殊材料如半導(dǎo)體或金屬能提高光捕獲提高聚合物太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。利用金屬納米顆粒的光散射與局域表面等離子體共振效應(yīng)(LSPR)實(shí)現(xiàn)了薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收與光電流增強(qiáng)，因此，在聚合物太陽(yáng)能電池中引入金

4、屬納米顆粒是一種有效的提高器件的轉(zhuǎn)換效率的方法，而將金屬氧化物與金屬顆粒以化學(xué)鍵的方式結(jié)合生成一種納米聚合物也成為了可以利用表面等離子增強(qiáng)作用提高電池的光捕獲的一種有效方法，由于Au納米顆粒是被ZnO NPs所包覆的，可以起到對(duì)Au顆粒表面進(jìn)行鈍化的作用，從而可以提高表面等離子共振結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性。
　　本文通過(guò)原位生成的方法合成了納米復(fù)合物 ZnO-PVP和Au-ZnO提高了有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)及聚合物太陽(yáng)能電池的性能。第一次將 ZnO-

5、PVP納米復(fù)合物應(yīng)用到有及雙穩(wěn)態(tài)器件中，將捕獲介質(zhì)(ZnO)用一種絕緣體簡(jiǎn)單的進(jìn)行全包覆，和單純的ZnO納米顆粒相比，有效的提高了混合型有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)器件的開(kāi)關(guān)比；將ZnO NPs與Au顆粒形成的納米復(fù)合物用到了反型的聚合物太陽(yáng)能電池中，不僅保持了其等離子共振作用及減弱了激子猝滅，提高了器件的性能，同時(shí)在未封裝的情況下提高了器件在空氣中的壽命，具體內(nèi)容如下：
　?。?）采用簡(jiǎn)單的原位生成的方法成功合成了PVP/ZnO納米復(fù)合物，并第一

6、次將其作為活性層應(yīng)用到電雙穩(wěn)態(tài)器件中，通過(guò)優(yōu)化PVP層的厚度，ZnO層，ZnO NPs:PVP混合物層及PVP/ZnO層的厚度，得到了PVP層及活性層的最佳厚度，得到了PVP/ZnO納米復(fù)合物作為有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)器件活性層時(shí)，器件的ON/OFF比是最大的，最大的ON/OFF比是5.89×102，和純ZnO NPs，ZnO NPs:PVP NPs作為活性的器件相比，它的ON/OFF明顯提高，主要是由于PVP/ZnO納米復(fù)合物對(duì)載流子電荷有三維方

7、向的限制，載流子的存儲(chǔ)能力提高及更好的薄膜形態(tài)，盡管現(xiàn)在得到的ON/OFF比還比較低，提供了可以利用納米顆粒/聚合物的納米復(fù)合物來(lái)提高有機(jī)雙穩(wěn)態(tài)的方法。
　　(2)采用原位生成的方法成功合成了Au-ZnO納米復(fù)合物并將其應(yīng)用到反型聚合物太陽(yáng)能電池中。對(duì)ITO/Au/ZnO/active layer/MoO3/Al和ITO/Au-ZnO/active layer/MoO3/Al兩種結(jié)構(gòu)器件與標(biāo)準(zhǔn)器件對(duì)比，發(fā)現(xiàn)，由于Au顆?；駻u-Z

8、nO納米復(fù)合物中Au顆粒的存在，Au顆粒都由于等離子共振作用提高了器件的轉(zhuǎn)換效率，通過(guò)對(duì)Au-ZnO納米復(fù)合物的濃度進(jìn)行優(yōu)化，Au-ZnO納米復(fù)合物的器件轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到了7.82%，和Au顆粒/ZnO納米顆粒疊層結(jié)構(gòu)的器件的效率相當(dāng)。Au-ZnO納米復(fù)合物結(jié)構(gòu)器件轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定的原因是Au顆粒表面被ZnO鈍化，而Au/ZnO疊層結(jié)構(gòu)的器件由于Au顆粒不穩(wěn)定，因此器件的穩(wěn)定性不好。在對(duì)三種器件的壽命進(jìn)行跟蹤測(cè)試之后發(fā)現(xiàn)，Au-ZnO納米復(fù)