氨基酸用作界面层的有机—无机杂化光电子器件研究

发布时间：2019-07-11 20:23

【摘要】：有机/无机杂化光电器件综合了有机、无机半导体材料的优势同时又潜在地克服各自的缺点而引起广泛关注。在活性层材料确定的情况下,通过界面修饰来提高器件的光电性能是最有效的途径之一。本文主要研究两性生物分子氨基酸作为界面修饰层对倒装结构的有机/无机杂化光电器件性能的影响,探究其对器件的光电性能影响并研究其作用机理。主要内容包括:用溶胶-凝胶法制备致密二氧化钛薄膜作为杂化光电器件的阴极修饰层,选择精氨酸和天冬酰胺酸作为界面修饰材料以自组装形式在界面处生长。在杂化太阳能性能研究方面,通过数据对比,证实经过氨基酸修饰过的器件相比空白器件均有性能上的提高。其中,以P3HT:PCBM(1:1)共混材料为活性层、以精氨酸作为修饰材料的太阳能电池体现了较优越的性能。相比空白器件,光电转换效率由1.45%提升至2.3%,短路电流由8.39m A/cm2提升至9.24 m A/cm2,开路电压由0.48 V提高至0.58 V,填充因子由36.1%提高至43%,外量子效率由45.6%提高至51.9%。在光探测器方面,通过数据对比,经修饰后的探测器相比空白器件性能均有提高。其中,以PTB7:ICBA共混材料作为活性层、精氨酸作为修饰材料的光探测器体现了较优越的性能。相比空白器件,暗电流降低了近5倍使其内部噪声大大减少,整流比提高了3倍以上使器件具有更好的二极管特性,比探测率提高了近3倍使器件的探测能力增强。分析其修饰作用机理,主要是作为偶极离子的氨基酸在Ti O2表面形成偶极矩使阴极功函数降低,导致电子收集界面势垒降低,界面接触更加趋近于欧姆接触。由于分子自组装生长氨基酸修饰层的周期较长且过程不可控制,所以引入操作简便、实验周期较短且过程可控的电泳法来生长氨基酸修饰层。由于Ti O2是宽禁带半导体,需要较强激发才可以导电,不适于电泳进行,故本环节采用电泳法直接对ITO表面进行修饰。经以天冬氨酸电泳修饰后的有机太阳能电池,各项参数相比空白器件均有明显提升。光电转换效率2.79%相比于空白器件的1.23%提高了一倍以上,短路电流密度提高了30%以上,开路电压提高了0.1 V,外量子效率效率提高了近50%。分析其修饰机理与自组装法基本相同,但由于外界电场的介入使电泳法体现出更好的修饰效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4

【参考文献】