聚合物半导体器件载流子迁移率的研究

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近年来,有机电致发光二极管(Organic Light Emitting Diode)和有机太阳电池(Organic Solar Cell)的研究在世界范围内迅速展开,作为新光源、新能源技术,它的科研成果将带来巨大的经济和社会效益。目前有机电致发光器件都采用多层结构,为了提高发光效率,必须使载流子平衡注入发光层,因此就需要对材料中电子和空穴输运的动力学特性有详细的了解,对载流子迁移率进行精确测定。在有机太阳电池器件中,太阳光照射下所形成的电子空穴对在内建电场的作用下分离并分别在受体和给体材料内迁移直到被金属电极所收集,从而实现光能到电能的转换,载流子迁移率越高,被陷阱能级俘获而损失的几率就会越低,相应的能量转换效率才会越大,因此电池材料的迁移率同样需要精确的测定。但是聚合物材料属于弱电导材料,传统的以电磁为主的测量手段已经无法满足需要。基于以上讨论,本论文包括以下下内容:   (1)退火处理是近年来电池器件优化中常用的工艺。人们提出了多种理论来解释其对器件性能的影响,其中大量的研究工作都显示薄膜形貌的改变是一个重要的因素。为了使研究内容更加具体,本文第三章将以退火处理对载流子迁移率的影响为切入点,以不同退火温度下载流子传输特性的变化规律为内容对这一现象的本质进行探讨。在迁移率测试方法的选择上,我们以交流阻抗法作为测试手段,因为此法属于电注入型载流子迁移,载流子的迁移距离严格等于样品薄膜的厚度,从而使样品制作变得较为容易。本文以电池器件中常用的电子给体材料P3HT为研究对象,系统的分析退火处理影响载流子迁移率的规律性,并对其中的微观原因进行了初步探讨,结果显示合适温度下的退火处理能够使P3HT中空穴载流子的迁移率大幅度的提高。(2)在聚合物发光二极管的研究中,改善载流子的注入和传输是提高器件效率的一个重要因素。在第四章,我们以渡越时间法(TOF)测试了一系列本实验室合成的新型高效的蓝光材料,初步探讨了迁移率和器件效率之间的关系。选择这一方法的原因是蓝光材料的带隙较宽,而TOF法的实验结果不受材料的带隙宽度的影响。这些结果将会给器件结构和分子结构的优化提供有用的信息。
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