【摘要】：有機光電探測器和太陽能電池由于具有制備工藝簡單、質(zhì)量輕、可溶液加工等優(yōu)點,受到越來越廣泛的關(guān)注。本文以有機光電探測器和太陽能電池為研究對象,從界面設(shè)計、制備工藝等角度展開研究,主要研究工作如下:1.真空蒸鍍金屬電極會在界面處對活性層形成擴散摻雜,導(dǎo)致光電探測器暗電流升高,探測器性能下降。針對這一問題,提出使用薄膜轉(zhuǎn)印技術(shù)制備導(dǎo)電聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)電極來替代傳統(tǒng)金屬電極。轉(zhuǎn)印導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS作為頂電極,可以有效避免在界面處金屬電極對活性層的擴散摻雜。在-0.2 V工作偏壓下,基于PEDOT:PSS聚合物電極光電探測器具有與金屬電極探測器相當(dāng)?shù)墓怆娏?而其暗電流密度降低了2個數(shù)量級,光電探測器的最大探測率超過10~(13) Jones。同時,PEDOT:PSS電極具有高透過率,光電探測器可以實現(xiàn)對光信號的雙面響應(yīng)。2.電子/空穴的反向注入是影響探測器性能的重要因素。在電極與活性層界面處插入電荷阻擋層是解決上述問題的有效手段之一。受限于阻擋層和活性層之間正交溶劑的選擇,可以作為阻擋層的有機材料十分有限。因此,提出薄膜轉(zhuǎn)印技術(shù)制備電子阻擋層,不僅可以阻擋金屬電極對活性層的摻雜和電子的反向注入,實現(xiàn)低暗電流、高探測率的光電探測器,還可克服對正交溶劑要求的限制。該制備方法可抑制光電探測器暗電流,所制備的探測器的噪聲電流低至10~-1414 A/Hz~(1/2),同時該方法具有普適性,制備的P3HT電子阻擋層可以應(yīng)用于多種活性層的有機光電探測器中。3.單結(jié)和疊層器件結(jié)構(gòu)已被廣泛研究報道,而雙層體異質(zhì)結(jié)器件的制備仍然具有很大的挑戰(zhàn)性,尤其是在工藝兼容性方面,包括上下層體異質(zhì)結(jié)活性層加工溶液的正交性、各層加工溫度兼容性等。薄膜轉(zhuǎn)印技術(shù)可以有效避免上下兩層體異質(zhì)結(jié)活性層在制備過程中的相互影響,為制備新型的雙層體異質(zhì)結(jié)光電子器件提供了可能�；诒∧まD(zhuǎn)印技術(shù),實現(xiàn)了雙層體異質(zhì)結(jié)活性層器件。對器件進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),該類型器件的光生電壓和外量子效率(EQE)響應(yīng)光譜與體異質(zhì)結(jié)的堆疊順序和受體材料的選擇密切相關(guān)。這一物理現(xiàn)象為不同功能的光電探測器設(shè)計提供了新的思路。4.低溫、可溶液加工的高效界面層是實現(xiàn)高效柔性有機光電子器件的關(guān)鍵。乙氧基化的聚乙烯亞胺(PEIE)是目前廣泛采用的高效低溫電子傳輸層材料。然而,研究中發(fā)現(xiàn)PEIE中的氨基作為親核試劑與非富勒烯受體材料中的給體單元和受體單元之間的C=C鍵發(fā)生Michael加成反應(yīng),破壞非富勒烯受體材料分子結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致非富勒烯太陽能電池效率低且出現(xiàn)“S”型曲線。針對這一問題,首次提出質(zhì)子化PEIE氨基策略,來鈍化非富勒烯受體材料和PEIE界面層之間的反應(yīng)�；谠摬呗�,實現(xiàn)了可室溫條件下制備的高效柔性非富勒烯太陽能電池,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了12.5%。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

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