论文部分内容阅读
为获得长寿命、高效率的聚合物发光二极管和高效光电转换效率的聚合物光电池,人们在不断探索合成高性能新材料的同时,也对其相关物理机制进行深入的研究。对发光器件而言,为保证发光层中电子、空穴的有效注入与复合,必须调控器件内各聚合物层间的能带匹配、厚度匹配和载流子迁移率匹配；对光伏器件,为得到高效的能量转换效率,则必须实现高效的电荷分离和快速迁移到相应电极。目前,由于无机纳米粒子/聚合物混合结构既保留了高分子材料良好的柔韧性和可加工性又利用了无机半导体高迁移率和近红外吸收的特点,使得无机纳米粒子/聚合物复合薄膜太阳电池引起了研究者们普遍的关注。通过引入高电子迁移率的无机半导体纳米材料,使聚合物与纳米材料形成给体/受体微相分离互穿导电网络结构,实现无机纳米粒子/聚合物复合薄膜太阳电池体内电荷的有效分离和传输,是解决聚合物材料载流子迁移率低的一个重要研究方向,对这类复合器件给体/受体微相分离互穿导电网络结构的研究目前主要采用表面形貌技术(比如原子力显微镜)来揭示微相分离的情况,但表面形貌技术却难以判断复合薄膜内互穿导电网络的形成情况。
对于具有夹芯式结构的聚合物发光二极管,其电学特性类似于平板电容器,在外界电压驱动下,其发光过程包括载流子的注入、迁移和复合；对于聚合物光电池,其工作过程包括了光生载流子的产生、电荷分离和电荷在电极的收集等过程。以上这些电过程都需要一定的时间进行建立和完成,微观的弛豫现象可以表现在宏观物理参量对交流激励信号的响应,交流阻抗谱能够反映载流子在聚合物薄膜材料中的传输、电介驰豫过程等基本信息。
本文采用交流阻抗谱技术对聚合物光电器件的介电特性进行了分析研究,通过分析聚合物光电器件的交流阻抗谱、电容-电压特性、电容-频率特性,对结构为ITO/PEDOT/MEH-PPV/Ba/Al的聚合物发光二极管器件的载流子注入和俘获过程进行研究和分析。另外,我们还研究了以poly[(9,9-bis(3-(N, N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-2,7-(9,9-dioctylfluorene)](PF-NR2)为电子传输层的发光二极管的电子增强注入机理。我们确认,MEH-PPV/PF-NR2界面的交流响应可用一个RL L并联电路来模拟,实验结果表明,PF-NR2层既是电子传输层同时又充当了空穴阻挡层的作用,并给出了解释这种以PF-NR2/Al为阴极的器件效率提高的微观机制。本文的另一个研究工作是采用交流阻抗谱技术研究了不同质量比的聚合物/无机纳米粒子复合薄膜太阳电池的介电特性。主要内容包括研究该类器件内电子传输通道以及加热处理对此类器件微观结构的影响；器件结构为:ITO/PEDOT:PSS(50nm)/MEH-PPV：CdSe(100nm)/Al(150nm)和ITO/PEDOT:PSS(50nm)/MEH-PPV:CdS(100nm)/Al(150nm)的聚合物/无机纳米粒子复合薄膜太阳电池交流阻抗谱的测试结果；采用等效电路分析了这类复合薄膜器件的交流电响应,证明交流阻抗谱技术是探测这类复合器件微观结构的强有力工具；首次采用该技术分析了在不同质量比MEH-PPV/CdSe复合薄膜太阳电池器件内电子传输的互穿内联网络(interpenetrating bi-continuous network)的形成情况以及加热处理对MEH-PPV/CdS复合薄膜太阳电池器件的介电特性以及微观结构特性的作用,为研究聚合物/无机纳米粒子复合薄膜这种目前最有希望发展的结构体系的聚合物太阳电池开辟了新的途经。