有機小分子半導體薄膜的制備與光電性質.pdf

1、酞菁類(Pc)和花酰亞胺類(PDI)有機小分子半導體具有優良的光熱穩定性，其分別作為空穴和電子傳導材料，在現代有機光電功能器件的應用中具有重要作用。但從目前的研究來看，制約其應用發展的主要因素是：剛性分子結構導致的難溶解性；低成本且簡單易控的成膜方法的欠缺；體系中光物理過程研究的不成熟性。本論文針對這些問題主要研究了如下內容：
　　 (1)合成了電子給體-受體(D-A)結構的三苯胺(TPA)類空穴傳導材料，4，7-二(4-三苯胺

2、基)-2，1，3-苯并噻二唑(TBT)，研究了其與三氟乙酸(TFA)的質子化反應，并提出了質子化-電沉積法(PED)的TBT薄膜制備方法，探討了成膜機理。制得的薄膜由直徑可控(20～200 nm)的納米球緊密排列組成。與旋涂法得到的TBT薄膜相比，PED法制備的薄膜不僅具有較高的結晶度，而且還具有相對較窄的帶隙，表明該法可以得到良好空穴傳導性質的TPA類結晶薄膜。
　　 (2)在-0.4～-3.0 V的低電壓范圍內和低的TFA相

3、對含量條件下，利用PED法制備得到了形貌可控的納米線、納米棒及微米帶結構的CuPc薄膜。發現在70℃的沉積溫度下CuPc能夠形成規整的超長納米線，進而研究了這種超長納米線的形成過程。
　　 (3)利用質子化-共電沉積(PCD)的方法制備了TBT：CuPc的本體異質結薄膜。在此共電沉積的過程中，TBT與CuPc影響了彼此的結晶行為。復合薄膜形貌受組分相對含量及沉積時間控制。從TBT的相對摩爾百分含量(TBT％)為70％的TBT：C

4、uPc混合溶液中沉積得到的復合薄膜具有納米線與納米球的雙連續互穿網絡結構。根據薄膜的吸收和發射光譜以及分子能級的匹配性，推測在TBT/CuPc異質結界面能夠發生分子間能量和光誘導電荷轉移，后者可由從TBT％=50％和70％的TBT：CuPc混合溶液中得到的復合薄膜存在強的表面光電壓(SPV)增強效應得到證明。
　　 (4)研究了N，N’-二(4-甲氧基芐基)-3，4，9，10-苝四羧酸酰亞胺(PDI-32)和N，N’-二(4-乙

5、氧基苯基)-3，4，9，10-苝四羧酸酰亞胺(PDI-123)這兩種PDI衍生物與水合肼(HZH)的還原反應，并在此基礎上分別利用陰離子自由基.電沉積法(AED)和陰離子自由基-共電沉積法(ACD)制備得到了兩種PDI的單一和共混復合薄膜。AED薄膜形貌及分子聚集態受DMF溶液中PDI溶解程度大小影響，而此溶解程度除了與HZH加入量有關外，還受體系存放時間的影響。另外，薄膜的SPV性質表明，PDI-123的納米顆粒薄膜由于其納米粒子的表

6、面態及表面O2吸收作用，使得其較PDI-32的納米帶/棒薄膜具有更強的光電壓響應。PDI-32：PDI-123復合薄膜在600～700 nm和330～425 nm的吸收帶均呈現出光電壓增強效應，前者歸因于PDI-123納米粒子的表面態和表面吸附作用使與之相鄰的PDI-32分子中的光生激子解離效率提高，而后者為這種表面態和表面吸附與分子間的光誘導電荷轉移共同作用的結果。
　　 (5)基于對TBT和CuPc的PED，及PDI的AED

7、薄膜制備方法的研究，采用逐層電沉積法制備了p/n型的雙層異質結薄膜：TBT/PDI-32，TBT/PDI-123，CuPc/PDI-32，CuPc/PDI-123，TBT：CuPc/PDI-32和CuPc/PDI-32：PDI-123。此類雙層膜中呈現的SPV增強效應說明在異質結界面存在分子間的光誘導電荷轉移作用。且此電荷轉移作用對不同類型的光生激子的解離具有不同的影響方式，導致雙層膜之間的SPV增強效應具有互補性。另外，對于含有本體復