新型Silole与窄带隙单体的交替共聚物的合成、荧光光谱及光伏性能

采用Pd催化偶联的方法合成了1,1-二乙炔基-2,3,4,5-四苯基Silole,并分别与2,1,3-苯并噻二唑(BT)和4,7-二(2-噻基)-2,1,3-苯并噻二唑(DBT)组成两种交替共聚物PS-BT和PS-DBT,并研究了两种共聚物的紫外吸收光谱、光致发光及光伏电池性能。PS-DBT具有更宽的可见光吸收范围和更强的吸收。两种共聚物溶液的光致发光光谱的最大发射波长均随着溶液浓度的增大逐步红移。光伏电池器件结构为ITO/PE-DOT/copolymers:PCBM(1:4)/Ba/Al。PS-BT和PS-DBT的开路电压分别为0.50,0.40V,填充因子(FF)分别为24%和33%,在模拟太阳光(AM1.5)照射下的能量转化效率(ECE)分别为0.009%和0.032%。     

由芴炔撑和苯并噻二唑组成的新型共轭聚合物的合成与光学性能

采用Pd(PPh₃)₄和CuI作为催化剂,在三乙胺和甲苯溶液中,采用2,7-二乙炔基-9,9-二辛基芴(PFE)和4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑(BT),以不同配料比合成了一系列新型的聚芳炔聚合物。所有这些聚合物的数均分子质量M_n约为4000~12000,并在三氯甲烷和甲苯中都有很好的溶解性。研究了其紫外-可见吸收光谱、光致发光性能。随着共聚物中BT的增加,共聚物的光致发光的发射波长有少量红移,证明了由宽能带的2,7-二乙炔基-9,9-二辛基芴(PFE)和窄能带的4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑(BT)组成的共聚物,由于激子在窄能带单元中的限制使得在宽能带单元和窄能带单元之间发生了有效的分子内的能量转移。因此在聚芴炔链中引入不同含量的窄带隙杂环单元可实现对聚芴发光颜色的调节。     

掺杂CuPc的MEH-PPV/PCBM有机太阳电池研究

采用旋涂法制备了掺杂铜酞菁(CuPc)的聚(2-甲氧基,5-(2-乙基-乙氧基)-对苯乙炔)(MEH-PPV)/ 富勒烯衍生物(PCBM)有机太阳电池. 测试结果表明:掺杂15% CuPc的MEH-PPV/PCBM太阳电池效率(1.41%)比标准的MEH-PPV/PCBM太阳电池(1.26%)提高12%. 器件的吸收谱和迁移率测试表明CuPc导致的吸收谱增强和迁移率提高是器件效率提高的主要原因. 关键词： 有机太阳电池 CuPc掺杂 MEH-PPV/PCBM器件     

含有烷基侧链的杂环芴基共聚物的光电性能

通过对9,9-二辛基芴(DOF)与4,7-二噻吩-2,1,3-萘并噻二唑(DNT)共聚物(PFDNT)和9,9-二辛基芴(DOF)与4,7-二(3-己基噻吩)-2,1,3-萘并噻二唑(HDNT)共聚物(PFHDNT)的光电特性进行比较研究,发现烷基侧链上引入杂环窄带隙单体能有效提高芴基共聚物的分子量和光荧光的量子产率。共聚物PFHDNT的光致发光和电致发光峰相对于共聚物PFDNT发生了蓝移,可能是由于长烷基侧链的空间位阻减小了π^*有效共轭长度导致其发射峰发生蓝移。此外共聚物PFHDNT器件的电荧光量子效率并未由于引入烷基侧链而降低。     

CsF/Al阴极对提高芴基饱和红光器件性能的研究

从聚合物/电极界面修饰的角度对基于饱和红光聚合物PFO-SeBT(9,9-二辛基芴与4,7-二硒吩-2,1,3-苯并噻二唑的无规共聚物)的发光二极管的性能进行了改进，通过采用CsF/Al阴极并优化CsF的厚度以及在PFO-SeBT1/阳极界面插入聚乙烯基咔唑(PVK)层，使器件的最大电致发光外量子效率达到1.79%，比采用低功函数的金属Ba/Al阴极器件的效率提高了两倍多.器件的性能得以改善的原因是CsF/Al阴极能有效提高电子注入能力以及PVK层对电子的阻挡作用. 关键词： 聚合物发光二极管 聚合物/电极界面 CsF/Al阴极 电子注入     

4,4′,4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺掺杂MoOx作为空穴传输层对有机太阳电池性能的影响

通过采用4,4′,4″-三(N-3-甲基苯基-N-苯基氨基)三苯胺 (m-MTDATA)掺入MoO_x作为器件的空穴传输层来提高酞菁铜(CuPc)/C₆₀小分子 有机太阳电池的效率. 采用真空蒸镀的方法制备了一系列器件, 其中结构为铟锡氧化物 (ITO)/m-MTDATA:MoO_x(3:1)(30 nm)/CuPc(20 nm)/C₆₀(40 nm)/4,7-二苯 基-1,10-菲罗啉 (Bphen)(8 nm)/LiF(0.8 nm)/Al(100 nm)的器件, 在AM1.5 (100 mW/cm²)模拟太阳光的照射条件下, 开路电压V_oc=0.40 V, 短路电流J_sc=6.59 mA/cm², 填充因子为0.55, 光电转换效率达1.46%, 比没有空穴传输层的器件ITO/CuPc(20 nm)/C₆₀(40 nm)/Bphen(8 nm)/LiF(0.8 nm)/Al(100 nm) 光电转换效率提高了38%. 研究表明, 加入m-MTDATA:MoO_x(3:1)(30 nm)空穴传输层减小了有机层和ITO电极之间的接触电阻, 从而减小了整个器件的串联电阻, 提高了器件的光电转换效率.     

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法, 在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性. 结果表明: 随着聚合度增加, (PC-DTBT)n的稳定性降低, 化学活性增强. 采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法, 研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附, 通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明: 当PC-DTBT吸附在ZnS (100)表面时, ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷, 前线轨道能隙变窄. 理论预测的结果与实验值吻合.     

4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑在ZnS(100)表面吸附的理论研究

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(DFT/GGA)方法,在PW91/DNP水平上研究了4,7-二(2-溴代噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑-N-(1-辛基壬烷基)咔唑(简称PC-DTBT)的低聚合物(PC-DTBT)n(n=1-5)的稳定性和化学活性.结果表明:随着聚合度增加,(PC-DTBT)n的稳定性降低,化学活性增强.采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了PC-DTBT单体在ZnS(100)表面的吸附,通过吸附前后化合物PC-DTBT的Mulliken charge和前线轨道分析表明:当PC-DTBT吸附在ZnS(100)表面时,ZnS(100)表面向PC-DTBT转移0.200 e电荷,前线轨道能隙变窄.理论预测的结果与实验值吻合.     

新型含咔唑聚芴类共轭聚电解质及其前驱体的合成与光电性能

采用Suzuki偶合反应成功地合成了一系列在主链上具有不同含量苯并噻二唑单元的聚咔唑和含胺基芴的衍生物:聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并噻二唑-9,9-双(N,N-二甲基胺丙基)芴](PCzN-BTDZ);通过对所得聚合物的季铵盐化后处理得到了其相应的聚电解质衍生物:聚[3,6-(N-(2-乙基己基))咔唑-2,1,3-苯并噻二唑-9,9-(双(3′-(N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)芴]二溴(PCzNBr-BTDZ)。通过对它们的电致发光性能的研究,发现所有的聚合物用高功函数铝作阴极的器件具有和用钡/铝作阴极的器件相近的发光性能,说明这类聚合物具有良好的电子注入性能。不同比例的2,1,3-苯并噻二唑(BTDZ)的引入使聚合物中发生有效的能量转移,调节了聚合物的发光颜色;同时也提高了聚合物的器件性能。其中聚合物PCzN-BTDZ1在器件结构为ITO/PEDOT/PVK/Polymer/BaAl时的效率达0.99%,高于PCzN在相同器件结构时的效率(0.14%)。     

一种近白光发射聚合物的合成与发光性能

采用Suzuki偶联反应,将9,9-二辛基芴(DOF)和4,7-二噻吩-2,1,3-苯并噻二唑(DBT)共聚,通过调节聚合物中DBT基团的含量来改变其发光颜色,合成了近白光发射的聚合物PDOF-DBTx。通过测试聚合物的光致发光光谱发现:不同配比下的聚合物的红光和蓝光发射峰的位置都没有变化,只是两个发射峰的相对强度发生了变化,随着DBT含量的增加,聚合物的红光峰强度增强;当PDOF-DBTx中x的值为0.05%时,聚合物的发射最接近白光,其发光的色坐标值为(x=0.40,y=0.32);通过热分析和原子力显微镜观察得出,PDOF-DBTx这类聚合物都具有良好的热稳定性和成膜性。     

ZnS／PS异质结的光学和电学性质

用脉冲激光沉积（PLD）的方法在多孔硅衬底上沉积了ZnS薄膜,并在室温下研究了ZnS／PS异质结的结构、光学和电学性质。X射线衍射仪（XRD）测量结果表明．制备的ZnS薄膜在28．5°附近有一较强的衍射峰,对应于β-ZnS（111）晶向,说明薄膜沿该方向高度择优取向生长。ZnS／PS复合体系的光致发光谱表明,ZnS的发光与PS的发光叠加在一起,在可见光区形成一个450-700nm较宽的光致发光谱带。呈现较强的白光发射。对ZnS／PS异质结I-V,特性曲线的测量结果表明,异质结呈现出与普通二极管相似的整流特性。在正向偏置下,电流密度较大．电压降较低;在反向偏置下,电流密度接近于零。异质结的理想因子的值为77。     

有机发光器件的磁电导效应

制备了基于三(8-羟基喹啉)铝(tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (III), Alq₃) 的有机发光二极管, 并在不同偏压下测量了器件的室温磁电导效应.在小偏压下, 发光器件展示出明显的负磁电导效应.偏压增加后, 磁电导由负值变为正值, 出现了正负转变的现象. N, N'-二苯基-N, N'-(1-萘基)-1, 1'-联苯-4, 4'-二胺(N, N′-Di(naphthalen-1-yl)-N, N′ diphenyl-benzidine, NPB) 与铜酞菁 (Copper phthalocyanine, CuPc) 单极器件磁电导的测量结果表明, 发光器件在小偏压下的负磁电导效应来源于器件中的CuPc层. 双极电流的磁电导效应可用电子-空穴对模型进行解释, 而单极电流的磁电导效应可归因于器件中的极化子-双极化子转变. 在注入电流的变化过程中, 发光器件的正负磁电导转变是两种机理共同作用的结果.     

TiO_2-Loaded WO_3 Composite Films for Enhancement of Photocurrent Density

Titanium dioxide(TiO_2) loaded tungsten trioxide(WO_3) composite films are prepared by an E-beam vapor system. Associated with the existence of a heterojunction at the interface of TiO_2 and WO_3, the prepared TiO_2-WO_3 composite film shows enhanced photocurrent density; four times than the pure WO_3 film illuminated under xenon lamp, and higher incident-photon-to-current conversion efficiency. By varying the initial TiO_2 film thickness, such composite structures could be optimized to obtain the highest photocurrent density. We believe that thin TiO_2 films improve the light response and increase the surface roughness of WO_3 films. Furthermore,the existence of the heterojunction results in the efficient charge carriers' separation, transfer process, and a lower recombination of electron-hole pairs, which is beneficial for the enhancement of photocurrent density.     

薄膜生长速率对有机光伏器件性能的影响

采用真空热蒸发镀膜的方法制备了酞菁铜(CuPc)和富勒烯(C60)构成的平面异质结结构光伏器件,并初步研究了CuPc薄膜生长速率对器件光伏性能的影响,我们发现以较大薄膜生长速率制备的器件表现出较大的短路电流和能量转换效率。X射线衍射和原子力显微镜观察的结果表明生长速率较大的CuPc薄膜结晶相含量较少,薄膜结构较均匀、致密、平整,这可能使得CuPc薄膜激子扩散和载流子迁移特性得到提高,也可能改善其与C60受主薄膜和ITO阳极的接触,并有利于载流子的分离和收集,从而表现出较好的光伏特性。     

侧链结构对PPV/C60组合体系的激发传递和电荷转移过程的影响

本文考察了不同的侧链长度对聚对苯乙炔（PPV）衍生物的光学性质等的影响,以及PPV／C60的组合薄膜中的激发传递和电荷转移过程,结果表明随着连接在PPV的侧链长度的增长,其π-π跃迁带隙变窄,使得吸收和发射峰的位置逐渐红移;同时观测到PPV／C60间存在着极有效的激发传递过程,从而使得PPV衍生物的荧光在很大程度上被C60分子所猝灭;MD－PPV／C60组合膜中观测了C60的吸收峰,这表明该体系存在着基态电荷转移过程,同时也表明PPV衍生物与C60分子间的相互作用和PPV的侧链长短密切相关。     

侧链结构对PPV/C_(60)组合体系的激发传递和电荷转移过程的影响

本文考察不同的侧链长度对聚对苯乙炔 (PPV)衍生物的光学性质等的影响 ,以及PPV/C60 的组合薄膜中的激发传递和电荷转移过程。结果表明随着连接在PPV的侧链长度的增长 ,其π π 跃迁带隙变窄 ,使得吸收和发射峰的位置逐渐红移 ;同时观测到PPV/C60 间存在着极有效的激发传递过程 ,从而使得PPV衍生物的荧光在很大程度上被C60 分子所猝灭 ;MD PPV/C60 组合膜中观测到了C-60 的吸收峰 ,这表明该体系存在着基态电荷转移过程 ,同时也表明PPV衍生物与C60 分子间的相互作用和PPV的侧链长短密切相关。     

酞菁铜与MoS_2(0001)范德瓦耳斯异质结研究

利用光电子能谱、原子力显微镜以及低能电子衍射等表面研究手段系统研究了真空沉积生长的酞菁铜薄膜与衬底MoS2(0001)之间的范德瓦耳斯异质结界面电子结构和几何结构.角分辨光电子能谱清楚地再现了MoS2(0001)衬底在Γ点附近的能带结构.低能电子衍射结果表明,CuPc薄膜在MoS2(0001)表面沿着衬底表面[11ˉ20],[1ˉ210]和[ˉ2110]三个晶向有序生长,反映了衬底对CuPc的影响.原子力显微镜结果表明,CuPc在MoS2衬底上遵循层状-岛状生长模式:在低生长厚度下(单层薄膜厚度约为0.3 nm),CuPc分子平面平行于MoS2表面上形成均匀连续的薄膜;在较高的沉积厚度下,CuPc沿衬底晶向形成棒状晶粒,表现出明显的各向异性.光电子能谱显示界面偶极层为0.07 eV,而且能谱在膜厚1.2 nm饱和,揭示了酞菁铜与MoS2(0001)范德瓦耳斯异质结的能级结构.     

Structure and morphology of CuPc and F16CuPc pn heterojunction

This article reports structure and morphology of copper phthalocyanine (CuPc) and fluorinated copper phthalocyanine (F₁₆CuPc) pn heterojunction. Highly ordered CuPc and F₁₆CuPc polycrystalline thin films with the 2 0 0 plane spacing s of 1.30 and 1.56 nm, respectively, could be continuously grown via an intermediate-phase layer. Compared with CuPc, the intermediate-phase layer is much thinner when F₁₆CuPc is used as the first layer. The rougher the first layer is, the thicker the intermediate-phase layer is. Similarly, the 2 0 0 plane spacings of the intermediate-phase layer are dependent on morphology of the first layer. Furthermore, morphology of the heterostructure is mainly dominated by that of CuPc films. Due to the thicker intermediate-phase layer in the CuPc/F₁₆CuPc heterostructure, the thin film transistors (TFT) performance is obviously inferior to that of the F₁₆CuPc/CuPc device.     

梯度掺杂体异质结对有机太阳能电池光电转换效率的影响

基于传统的体异质结有机太阳能电池结构, 对结构中的混合层改用梯度掺杂的方法, 在AM1.5, 100 mW/cm²光照下, 使得器件的短路电流由原来的7.72 mA/cm²提高到了9.18 mA/cm², 相应的光电转换效率提高了25%. 器件性能的提升归因于梯度掺杂体系的引入使得体异质结混合层中同一材料分子之间形成了较好的连续网络结构, 降低了器件的串联电阻, 提高了电极对载流子的收集效率, 从而提高了器件的光电转换效率. 关键词： 有机太阳能电池 体异质结 梯度掺杂     

Photovoltaic properties of a heterojunction based on copper phthalocyanine films on the surface of polycrystalline cadmium sulfide

The photovoltaic effect has been detected and studied in thin-film structures based on thermally deposited 200-nm-thick copper phthalocyanine (CuPc) films on the surface of polycrystalline CdS. The structures under study demonstrate the linear current-voltage characteristics at external electric fields to 3.5 × 10⁴ V/cm. Two components of the photovoltage of different signs have been revealed when the sample is illuminated in the wavelength range from 350 to 700 nm. The first component has the positive sign on the CuPc film side and is observed when using the radiation with a wavelength lesser than 500 nm, i.e., in conditions of predominant absorption of the radiation in the CdS layer. The second component has the negative sign on the CuPc film side and is observed when using the radiation with a wavelength in the range from 500 to 570 nm, corresponding to the spectral region of the absorption edge of the CuPc films. The dependences of the photovoltage on the radiation intensity studied in the range from 5 × 10¹² to 10¹⁴ photons cm^?2 s^?1 are different in the cases of the two detected components. Mechanisms of generation of the photovoltage components associated with a change in the band bending during photogeneration of charge carriers in the region of space charge in CdS and a change in conditions of the charge transfer in the interfacial CuPc/CdS region during the radiation absorption in the CuPc film have been proposed.