基于噻吩酰亚胺的N-型有机热电材料性能优化及表征

发布时间：2020-12-30 00:14

　　有机半导体材料在有机太阳能电池、有机场效应晶体管、有机发光二极管等领域已经得到了广泛研究。近年来,随着这类材料的迅猛发展,它们在有机热电领域的潜力被逐渐发掘。构成一个高效的有机热电器件,p-型和n-型材料都是不可或缺的。然而,n-型有机半导体由于掺杂效率低、性能不稳定等特点要远远落后于p-型材料的发展。因此,为使有机热电器件实现尽可能高的能量转化效率,提高n-型有机半导体材料的热电性能便尤为关键。有机自由基中的未成对电子可以在不掺杂的情况下实现较高的电导率,但这类结构通常具有极差的稳定性。第一个工作介绍了基于双自由基的醌式低聚噻吩衍生物BTICN和QTICN,两个分子在酰亚胺基团的桥接下具有良好的稳定性和电导率。强拉电子基团酰亚胺和醌式四噻吩连接后极大降低了材料的LUMO能级（从-4.58 e V降低到-4.69 e V）,两个材料由于具有交叉共轭的双自由基特点且在空气中的半衰期在60天以上,成为醌式低聚噻吩材料中最稳定的分子之一,在此项目中得到了深度研究。通过X射线电子能谱和拉曼光谱证明了QTICH分子中存在自掺杂作用,加上更为有序的分子堆积使得QTICN实现了0.34 S cm

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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常见n-型有机小分子热电材料及掺杂剂

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-6-因子，该数值为已报道的n-型聚合物半导体最高功率因子[38]。图1-2常见高性能n-型有机聚合物热电材料1.3热电器件的工作原理目前，有三种被广泛接受的热电效应，分别是Seebeck效应（SeebeckEffect）、Peltier效应（PeltierEffect）和Thomson效应（ThomsonEffect）。其中Seebeck效应描述了温差生电的过程：在两个导体构成的回路中，如果两导体的连接处具有不同的温度，那么该回路即可产生一个电动势；Peltier效应是Seebeck效应的反过程：即向两种导体的回路中施加电势后，不同导体的接触点之间会产生一个温差；而Thomson效应描述的是：当电流流过一段不均匀导体时，导体中除了产生焦耳热外还会释放或吸收一定的热量，这部分热量被称为Thomson热。热电发电机主要是利用Seebeck效应将温差转化为电势差。热电发电机分别由一个p-型和一个n-型半导体构成，n-型半导体中的载流子主要为电子，而p-型半导体中则多是空穴。将p-型和n-型两种半导体材料按照图1-3的方式串联在一起，并且在半导体两端提供温差，电子和空穴会在热扩散的作用下逐渐从热端向冷端运动。电子和空穴分别在p-型和n-型材料中定向运动，便在两种材料内部产生了电场，n-型和p-型材料产生的电势差叠加在一起可以作为电

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-源向外电路提供能量[39]。图1-3热电发电器基本工作原理1.4有机热电材料性能参数热电器件的能量转化效率（η）和材料的热电优值（ZT）以及卡诺极限（ηc）相关。其中，卡诺极限为材料两端的温度（ΔT）差与热端温度（TH）的比值，即：ηC=TTH（1-1）器件的转化效率可以表示为:η=ηC√1+ZT1√1+ZT+1（1-2）式中器件的热电转化效率同所用材料的ZT值相关，一个典型的热电器件同时含有p-型和n-型材料，两种材料的ZT值越高，器件所能达到的转化效率就越大。ZT值得大小取决于材料的电导率（σ）、热导率（κ）、Seebeck系数（α）、和温度T：ZT=α2σκT（1-3）一个理想的热电材料需要具有很高的电导率和较低的热导率。式（1-3）中的σ、κ和α均和载流子浓度相关，平衡好这三个参数的相对关系对提高材料的ZT值十分必要。材料的电导率取决于体系内载流子浓度（n）以及载流子迁移率（），即


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