倍增型有机光电探测器的研究进展

介绍了倍增型有机光电探测器的发展、工作机理、性能调控及相关的应用探索.2015年张福俊课题组以单载流子传输通道的给受体混合(质量比约为100∶1)薄膜为有源层,率先报道了界面附近受陷电子诱导空穴隧穿注入的倍增型有机光电探测器,并抑制了器件的暗电流密度.通过优化有源层厚度调控了界面附近受陷电荷的体分布,制备出超窄响应的倍...     

倍增型窄带响应有机光电探测器的界面调控

倍增型窄带响应有机光电探测器, 具有响应窗口窄且外量子效率(EQE)高等优势, 在需要检测特定波长光的应用场景受到广泛关注. 此类器件的有机光活性层由给体和受体组成, 其中受体在电极界面的浓度分布显著影响窗口半峰宽和EQE, 因此其精准调控至关重要. 本工作中, 将有机光活性层中的给体和受体分步成膜, 利用热退火下给受体互扩散特性, 实现了受体在电极界面的浓度分布的可控调节. 相比传统的给体和受体共混成膜的器件, 给体和受体分步成膜的器件通过优化给受体比例和热退火条件, 展现出了更加优异的器件性能.     

水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用

相对于传统的无机半导体器件,以有机半导体(特别是聚合物半导体)材料为基础的有机光电器件,可采用与传统印刷技术(例如喷墨打印、卷对卷印刷等)相结合的溶液加工方式制备低成本、大面积、柔性光电器件,因而成为广泛关注的焦点,并得到了快速发展.实现溶液加工的高效有机光电器件的一个关键问题是界面问题——如何避免溶液加工时有机层间的互溶以及如何实现可印刷稳定金属电极的高效电子注入等.水/醇溶性共轭聚合物的迅速发展为解决溶液加工多层有机光电器件所面临的界面问题提供了有效手段.研究发现,水/醇溶共轭聚合物不但可以有效避免溶液加工多层器件中的界面互溶,而且还可与高功函数的稳定金属发生界面偶极相互作用而增强其电子注入,从而解决了高功函数稳定金属电子注入的难题,为实现全溶液加工的高效印刷有机光电器件提供了可行的方案.本文介绍了近年来本课题组在水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料及器件应用方面的研究进展,并对水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的工作机理进行了探讨.     

利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布

薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能。因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据。此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作。垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题。研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段。本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景。     

基于稀土配合物的有机光盲型紫外探测器

使用二苯甲酰甲烷-二苯菲罗啉-铕(Eu(DBM)3BPhen)作为电子给体和[6,6]-苯基-C61-丁酸酸甲酯([60]PCBM)作为电子受体制备了一种新型的有机光盲型紫外探测器.在光强为2.1 mW cm-2且波长为360 nm的紫外光照射下,获得了26 mA W-1的响应度和9.1%的外量子效率,这是由于Eu(DBM)3BPhen的强紫外光吸收能力和长达300μs的激子寿命使得给受体界面处具有较高的激子解离率.在把[60]PCBM掺入Eu(DBM)3BPhen后,观察到了明显的光致发光猝灭和光电导现象.由于材料较低的载流子迁移率和受陷激子的缓慢释放,在紫外光照射关闭后,观察到了较强的持续光电导现象.     

钙钛矿基近红外光电探测器

近年来,具有ABX₃晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景,尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760～1050nm范围的近红外光电响应性能非常优异,展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围,研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究,本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时,对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。     

有机及有机无机杂化太阳电池中的界面研究

第3代可溶液加工的太阳电池(包括有机太阳电池、钙钛矿太阳电池等),因为制备成本低、可制备柔性器件等特点备受关注.它们的迅速发展与活性层材料、界面材料与修饰以及器件工程等方面的快速发展息息相关,其中器件中的各个界面对激子的分离、载流子传递和收集有着巨大的影响,影响着器件的性能.本文重点介绍了近年来我们课题组在有机太阳电池、聚合物/量子点杂化太阳电池以及钙钛矿太阳电池研究中,如何设计界面材料以及通过自组装层对电极进行界面修饰,实现活性层和电极之间的欧姆接触和载流子的有效收集;如何在界面层中引入具有等离激元效应的纳米粒子实现光场的有效利用和性能的提升;以及如何对聚合物和纳米粒子间的界面修饰实现载流子的高效分离,制备高性能的杂化太阳电池器件.     

侧链调控在有机光电高分子材料中的应用研究进展

有机光电聚合物材料是由共轭主链与柔性侧链组成,具有制备简单、成本低廉、重量轻及可制成柔性器件等突出优点,近年来成为国内外研究的前沿和热点.目前对聚合物材料主链结构的优化研究较多,基于侧链调控的报道则相对较少.对主链共轭高分子光电材料侧链调控的目的主要是改善材料的溶解性能,然而,侧链修饰的影响远非如此.研究发现,侧链修饰后聚合物材料的吸收光谱、能级分布、载流子迁移率、器件共混膜形貌以及界面形态等光电性能方面可发生不同程度的变化.此类研究成果无疑将对设计与优化有机聚合物材料分子结构、活性层形貌与界面形态以及器件制备方法和加工工艺具有指导意义.同时,随着器件制备方法的不断改进以及加工工艺的不断发展,为进一步改善器件效率,提高纳米活性材料的形貌调控与界面形态优化能力,基于有机光电高分子材料侧链调控的研究价值日益突显.因此,结合高分子光电材料应用领域的研究现状,以聚合物分子侧链结构优化设计为出发点,基于侧链调控为主题,以不同的修饰侧链为研究对象,对光电高分子材料侧链调控中拟解决的问题及本实验室的相关工作做主要综述.     

界面偶极如何影响有机与钙钛矿太阳电池的能带结构与性能

界面能带结构是指界面处电子能带的弯曲和倾斜。它能显著影响载流子的产生、注入、分离、传输、复合和收集等过程,是半导体光电子器件性能的重要影响因素。因此,优化界面能带结构、调控器件性能与工作机理是光电子器件领域的核心课题之一。如果将一组相距很近的正负点电荷肩并肩排列所组成的偶极层插入器件界面,电势能穿过偶极层时会发生突变,将能有效调控界面能带结构和载流子运动过程。     

有机光电突触器件的研究与进展

大脑对视觉信息学习和记忆等功能的实现是通过视觉神经元调控突触权重进行的,对光响应的突触器件是实现低能耗人工视觉系统和神经形态计算的关键.因此,近年来有机光电突触器件引起了学术界的广泛关注.本文指出有机光电突触器件结合了有机光电探测器和有机忆阻器2个基本光电子器件功能,实现对光信息的传感和记忆,介绍了光电突触器件的基本性...