有机光电器件体异质结理想因子研究任务书

 2022-01-18 08:01

全文总字数:4015字

1. 毕业设计(论文)的内容和要求

有机光电材料由于具有质量轻、可柔性制备、成本低廉和光电性能易于化学调控等优点,受到了科研人员的广泛关注。目前基于有机材料的光电器件包括:有机太阳能电池、有机电致发光器件、有机存储器件、有机薄膜晶体管和有机光电探测器件等。其中,除了有机薄膜晶体管需要三个电极之外,其余器件一般只需要两个电极。各类器件均采用金属-有机材料-金属的MIM器件结构。对于这种简单的器件结构,其电学特性直接决定了器件的工作性能。因此,深入研究这类器件的器件物理机制是十分有必要的。由于光电材料需要一侧电极透光,因此一般阳极电极材料选用铟锡氧化物(ITO),其功函数为4.9eV左右,而阴极材料则根据不同器件功能需要选择不同的金属材料,最为常见的阴极材料是金属铝。对于以ITO和Al分别作为阳极和阴极的器件,其导电行为与普通的电阻不同,体现为与二极管类似的非线性电阻行为。随着电压的增加,其电流可以分为三个阶段:(1)小电压(0.5V左右)下的漏电流;(2)扩散电流部分;(3)空间电荷限制电流(SCLC)区域。其中,漏电流一般与电压成线性关系,其大小与器件质量相关,因此物理机理不成体系。空间电荷限制电流则是因为有机材料一般具有很小的迁移率(约10-6cm2/Vs),由电极注入的载流子首先以空间电荷的形式存在,其弛豫时间大于载流子通过器件所需时间。空间电荷一旦形成,则会产生新的稳定的空间电场,对后续载流子的导电行为产生影响。目前该区域的导电机理已经得到了科研人员的深入研究。但是对于扩散电流的研究则相对滞后,目前已有一些关于聚合物器件的扩散电流模型的研究,并能够很好地解释器件电流在该区域的特性。扩散电流形成的前提是阳极和阴极材料功函数不相等,在不加偏压的情况下形成类似PN结的内建电场,当外加偏压小于内建电场电压时,电流以扩散电流为主导。现有的研究尚停留在聚合物材料层面,并且多数为单一材料构成的器件。然而,上面提到的很多光电探测器件都是基于小分子材料的,并且光电探测器、太阳能电池和有机电致发光器件经常采用体异质结结构,即为了提高电子和空穴的平衡性,将P型和N型材料按照一定的比例混合。对于这种器件结构的器件的扩散电流的研究则处于刚起步阶段。当PN两种材料混掺时,其电子和空穴的复合过程应当以郎之万复合为主,这应该体现在对扩散电流的理想因子的数值上。当理想因子为1-2之间时,复合机制为郎之万复合,而当理想因子大于2时,复合机制以陷阱辅助复合为主。并且,体异质结中电子和空穴的导电行为可能与两种材料导电能力直接加和完全不同。可见,有必要深入研究体异质结器件的扩散电流行为。[1-14]

要求学生:1,掌握有机光电器件的制备方法和测试方法;2,掌握现有器件物理知识,包括已有的扩散电流模型和空间电荷限制电流模型,能够对测试数据进行深入分析其微观机理;3,设计实验,区分测量单载流子器件和体异质结器件的导电行为;4,制备含有异质结的光电探测器件,表征器件性能,并对实验数据进行分析;5,整理制作实验的结果和资料,按照规范要求书写完成毕业论文。

2. 实验内容和要求

1, P型和N型材料的单载流子器件制备和表征;

2, 体异质结单载流子器件制备和表征;

3, 体异质结双载流子器件制备和表征;

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3. 参考文献

[1] Wei OJ, KrauseRK, Hunze A. Hole mobility of 1-NaphDATA[J]. Journal of applied physics, 2008,103(4): 043709

[2] Zhang Y, Blom PWM.Enhancement of the hole injection into regioregular poly(3-hexylthiophene) bymolecular doping[J]. Applied Physics Letters, 2010, 97(8): 083303

[3] Zhang Y, Blom PWM. Electronand hole transport in poly(fluorene-benzothiadiazole)[J]. Applied PhysicsLetters, 2011, 98(14): 143504

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4. 毕业设计(论文)计划

20201228-20210213

查找相关的文献资料,了解有机光电器件的科研现状和应用前景,写出开题报告

20210214-20210318

学习现有器件物理知识,包括已有的扩散电流模型和空间电荷限制电流模型

20210319-20210331

学习有机光电器件的制备方法和测试方法

20210401-20210430

设计实验,区分测量单载流子器件和体异质结器件的导电行为

20210501-20210520

制备含有异质结的光电探测器件,表征器件性能,并对实验数据进行分析

20210521-20210531

整理实验数据和结果并且完成论文初稿

20210601-20210605

完成论文改稿,完成PPT

20210606-20210611

参加答辩

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