有机半导体光诱导电荷分离的理论及实验研究

• 作 者: 徐晓婷
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2020年03期
• 关键词: 有机半导体 电荷分离 离子液体 酞菁 自由基

近年来,得益于独特的光电性能,有机半导体广泛应用于太阳能电池、场效管、电致发光器件、光电探测器等方面,其中基于有机半导体的光诱导电荷分离机理及其相关应用一直是国内外有机光电领域的研究热点,尤其是在有机光电器件性能提升和新功能的开拓方面。本论文就以上两个方面对此领域开展了研究,具体研究内容及结论如下:1.前期研究发现,在阴极电极/工作层/阳极电极这一通用有机光电探测器结构基础上,于工作层/电极之间引入离子液体后,与之接触的界面处会形成双电层,随之产生的位移电流使得入射光照射在有机光电探测器上下电极的非重叠区域仍可产生较大的光电流输出,使得不透明电极也能投入使用,从而摆脱对氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)等透明电极的依赖。但是,离子液体在增进光电流输出的同时也带来了损耗。为研究离子液体对器件损耗的影响程度,本课题开展了多种种类离子液体的研究。首先构造一个电极/离子液体/电极的三明治结构,通过改变电极间的偏压大小,并且改变电极间间距的偏移量以实现电极间离子液体有效距离的改变来研究离子液体随偏压、有效距离变化情况下的损耗,最后通过导纳和电容两个指标来进行对比分析,进而为光电探测器中离子液体的选取提供方向。光电探测器对交流信号的探测,导纳体现了光电流效率,电容代表了光电流响应率。通过实验数据的分析得知,首先,偏压对导纳和电容随频率变化而变化的趋势几乎没有影响;其次,对于同一种离子液体,导纳仅和偏移量有关,并随着有效距离的增大而减小;再次,对于不同离子液体,偏压偏移及频率一定的情况下,导纳和阳离子的半径成反比,若器件侧重于光电流的效率,则应选取阳离子半径较小的离子液体为宜;最后,对于电容而言,电容会随阳离子半径的增大而减小,若器件要求响应快速,则应选取阳离子半径较大的离子液体为宜。2.现有常用的电荷分离方式主要有PN结电荷分离及肖特基势垒引起的电荷分离。本课题制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/ZnPc/LiPc/Au的器件,发现其在532nm及1550 nm激光照射下均有光电流的输出,而这一现象无法用以上两种电荷分离方式进行解释。通过构造不同的器件结构以及相应的实验验证后发现,此器件产生的光电流来源于ZnPc与LiPc之间的电荷分离,即LiPc中被激发的未成对电子会吸引ZnPc中未被激发的成对电子,导致电子从ZnPc转移到LiPc,从而使得器件产生了光电流。这一发现为光诱导电荷分离打开了一条新的道路。