透明陰極界面修飾及其在有機光電轉(zhuǎn)換器件中的應(yīng)用研究.pdf

1、氧化銦錫（ITO）在有機光電器件中被廣泛地用作透明窗口電極，由于它的功函數(shù)大約為4.7eV，ITO在傳統(tǒng)的器件中只適合作為陽極，陰極則需要用到比較活潑的低功函數(shù)金屬，對器件的穩(wěn)定性和效率極為不利。為了提高器件的穩(wěn)定性，研究人員開發(fā)了倒裝結(jié)構(gòu)的器件，然而在倒裝結(jié)構(gòu)中，ITO與活性層不能直接匹配，因此需要對ITO進行界面修飾降低其功函數(shù)。在調(diào)控了ITO透明陰極的功函數(shù)之后，電子傳輸層也存在能級匹配的問題，因此，對常用于陰極緩沖和電子傳輸?shù)慕?/p>

2、屬氧化物二氧化鈦（TiO2）進行修飾十分必要。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)溶膠-凝膠制備的TiO2存在著不同的缺陷，直接影響著聚合物/TiO2界面以及TiO2薄膜內(nèi)部的電荷解離、傳輸和復(fù)合，這也是當前研究的熱點，僅僅對TiO2表面進行能級調(diào)控還不足以解決這些問題，需要對TiO2表面進行更多的修飾，因此，本文對ITO和TiO2進行了一系列的界面修飾工作。
　　采用自然生物分子材料氨基酸和多肽修飾ITO，使得ITO的功函數(shù)非常明顯地降低，修飾后

3、ITO的功函數(shù)與絕大部分有機材料的最低非電子占有軌道（LUMO）電子能級匹配，可以廣泛地用作器件的陰極。在有機光電子器件的應(yīng)用中，經(jīng)過多肽修飾后的ITO作為陰極，有機太陽能電池（OSCs）器件的能量轉(zhuǎn)換效率（PCEs）從2.12％大幅升高到8.13%。相比于采用活潑金屬作為陰極的傳統(tǒng)正裝器件，采用多肽修飾的ITO作為陰極的倒裝器件在空氣中顯示出更加優(yōu)越的器件穩(wěn)定性。在類似結(jié)構(gòu)的器件中，自組裝氨基酸生物分子修飾ITO表面同樣獲得了很低的功

4、函數(shù)，并獲得了高性能的有機光電探測器（OPDs）。采用苯并二噻吩-吡咯并吡咯二酮共聚物（PBDTT-DPP）和C70衍生物（PC71BM）的混合物作為活性層的OPDs，在775nm波長處展現(xiàn)的最高比探測率為5.38×1013jones，而且在350到820nm的可見到近紅外的寬幅波長范圍內(nèi)，比探測率均在2.61×1013jones以上，器件在擁有高比探測率的同時，也獲得了上升時間為3.9μs的快速響應(yīng)速度。該工作為制備較低功函數(shù)的透明陰

5、極和制備高性能的有機太陽能電池和有機光電探測器提供了一種綠色、環(huán)保、工藝過程簡單的方法。
　　采用氨基酸修飾金屬氧化物TiO2，獲得了高性能的OPDs。該OPDs從紫外光到近紅外光（350到900nm）的區(qū)域有一個寬的響應(yīng)，并且在775nm波長處和-0.1V電壓下展現(xiàn)了2.69×1013jones的最大比探測率，快的響應(yīng)速度，寬的線性動態(tài)范圍（LDR）和長的時間穩(wěn)定性。研究了等電點差異大和等電點相近而極性不同的兩組氨基酸分別對Ti

6、O2進行修飾獲得的器件效果，研究結(jié)果表明：兩組氨基酸都與TiO2發(fā)生了良好的化學(xué)反應(yīng)，當?shù)入婞c差異大時，含有中性氨基酸的器件展現(xiàn)了最佳的性能；當?shù)入婞c相近而極性不同時，含有非極性氨基酸的器件比含有極性氨基酸的器件有著更好的性能。該工作為電子傳輸層的修飾提供了一種綠色、環(huán)保的方法，同時，也為在電子器件應(yīng)用中氨基酸的選擇提供了依據(jù)。
　　針對聚合物/TiO2界面的電荷解離、傳輸和復(fù)合問題，采用了TiO2納米紡絲對TiO2溶膠-凝膠薄膜

7、進行了修飾，因為TiO2納米紡絲滲入活性層與活性層有著更緊密的接觸以及其自身優(yōu)越的電子傳輸能力，使得界面的電荷解離和傳輸能力增強，從而獲得了高性能的OPDs器件。此外，研究了不同有序度TiO2納米紡絲修飾TiO2薄膜制備器件的效果，結(jié)果表明：有著單方向?qū)R納米紡絲的器件展現(xiàn)出了最高的比探測率和最快的響應(yīng)速度。該工作使得簡單、可控的方法制備的納米紡絲應(yīng)用到了高性能的OPDs上。針對TiO2薄膜層內(nèi)部的電荷解離、傳輸和復(fù)合問題，嵌入富勒烯（

8、C60）到TiO2中作為電子傳輸層制備了雜化太陽能電池和雜化光電探測器，器件性能大幅提升。采用熒光光譜和瞬態(tài)熒光光譜，證實了聚（3-己基噻吩）P3HT的激子通過Fster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）轉(zhuǎn)移到TiO2的缺陷中，激子捆禁在缺陷中并發(fā)生復(fù)合。將C60嵌入到TiO2中，缺陷態(tài)中的激子可以將電子轉(zhuǎn)移給C60并傳輸?shù)疥帢O，使得器件性能升高。該工作提出了在界面修飾層的內(nèi)部進行修飾，使得界面修飾工作不再停留在界面層的表面，而是滲入到了界面層的