氟代苝酰亚胺聚集态结构的调控及其在有机光电器件中的应用

• 作 者: 黄嘉驰
• 机 构: 浙江大学
• 出 处: 浙江大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 有机光电器件 电荷传输材料 氟代苝酰亚胺 形貌调控

近年来，由于具有低成本、可低温加工、易制备大面积柔性器件等优势，有机光电材料的研究与应用得到迅速的发展。有机场效应晶体管、有机太阳能电池、有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池等器件的性能有很大的提高，逐渐向传统的无机半导体器件靠近，展现出大规模工业化应用的良好前景。这些器件性能的提高，其中一个主要的原因在于选择合适的电荷传输材料并控制器件内部活性层的形貌。　　目前，传输空穴的p型有机半导体材料种类繁多且性能较好，传输电子的n型有机半导体材料种类较少，稳定性差，性能不尽如人意。本课题中，我们以氟代苝酰亚胺作为电子传输材料，系统研究其结晶性能、薄膜的形貌控制，并将其应用于钙钛矿太阳能电池，取得了良好的器件效率，为研究开发新型的有机电子传输材料提供了参考。　　论文第一章综述了有机光电材料及器件的发展现状，介绍了有机场效应晶体管、有机太阳能电池和有机/无机杂化钙钛矿电池的结构、工作原理，并介绍了器件中活性层形貌的调控方法。　　第二章通过溶剂-非溶剂交换法生长了不同数目氟取代的苝酰亚胺晶体，特别是一维线形结构的单晶，研究了晶体的结构及生长条件的影响，希望将其应用于有机场效应晶体管获得高性能的器件。　　第三章我们用真空气相沉积的方法制备了氟代苝酰亚胺的薄膜，通过旋涂、溶剂气相退火等多种溶液法对薄膜的形貌进行调控，并通过扫描电镜(SEM)对薄膜的形貌和结构进行表征，系统研究处理条件、温度、膜厚、溶剂种类等因素对薄膜形貌的影响。　　第四章我们以氟代苝酰亚胺为新型的有机电子传输材料，通过分步气相沉积的方法制备了平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池，并将第三章所讨论的薄膜形貌的调控方法应用于该电池。当氟代苝酰亚胺薄膜用氯仿溶剂气相退火处理30 min后，我们可以获得致密均一的钙钛矿层，并且具有高的基片覆盖率，其填充因子显著提高，使得器件获得高达7.93％的能量转换效率。　　第五章我们尝试将氟代苝酰亚胺应用于铋钙钛矿太阳能电池，表征了铋钙钛矿的形貌和结构，并研究了电池的性能，希望制备无铅、低毒性的器件。研究发现，虽然铋钙钛矿电池的能量转换效率较低，但是具有低毒和较高的稳定性，氟代苝酰亚胺有可能作为电子传输材料，在铋钙钛矿太阳能电池中得到应用。