过渡金属氧化物在有机光电子学中的界面研究和器件研究

【摘要】一直以来，有机光电器件，例如有机发光二极管（OLED）、有机太阳能电池（OPV），由于材料的制造成本低、制作过程简单以及可以兼容柔性基底等优点被广泛关注和研究。有机发光二极管（OLED）有望应用于下一代的平板显示和固体照明领域，而降低驱动电压，提高使用寿命是保证大面积商业化生产的必要条件。为此人们尝试了很多的方法来客服这一困难，其中之一即为在电极层和有机层之间加入一层缓冲修饰层。有机太阳能电池（OPV）有望成为真正绿色环保、可再生的能源，为缓解全球性的能源危机、环境污染提供巨大帮助。德国HeliatekGmbH公司2013年在公司网站上宣布他们蒸镀的小分子太阳能电池器件效率已达到12%，已经达到商业化水平，并有望在2015年达到15%的能量转换效率。但是，与传统太阳能电池相比效率和寿命都还有不少差距。主要原因在于有机光敏材料虽然具有较强的吸光能力，但是其吸收光谱范围非常窄。叠层有机太阳能电池可以通过串联起不同吸收光谱范围的光敏材料做成的器件，得到较高的转换效率。但是在器件串联的过程中，连接层的选择对器件性能起到了至关重要的作用。此连接层要求具有较高的透光率、稳定性以及与子器件单元良好的能级匹配等。过渡金属氧化物有着很宽的功函数范围(从ZrO2~2eV到V2O5~7eV)，能够和有机材料进行良好的能级匹配，有效的降低能级势垒，提高空穴（电子）注入（导出）效率，被广泛应用到OLED、OPV器件中充当缓冲修饰层。另外，过渡金属氧化物，如MoO3、WO3等，因为具有可见光范围内的高透明度，性能稳定，高功函数等许多极佳的特性被广泛用在叠层OPV的连接层中，并取得了不错的效果。本论文主要着眼于过渡金属氧化物在OLED和OPV中的应用研究。以MoO3和WO3为例，通过光电子能谱（XPS和UPS）研究了过渡金属氧化物中氧的含量对氧化物化学性能、电子结构，和对有机层能级排列的影响。分析结果在制备的光电器件性能中得到验证。另外，本论文还获得了叠层太阳能电池中基于过渡金属氧化物（MoO3和WO3）内部连接层的界面电子结构和能级排布，研究其工作机理，并进一步探讨了连接层结构和材料对器件性能的影响。其主要工作内容有：1.首先，我们利用光电子能谱研究分析了在不同基底上、基于不同厚度的MoO3、WO3和有机小分子界面层的界面电子结构：（a）ITO/MoOx(5nm,10nm)/NPB界面，（b）ITO/WOx(5nm,10nm)/NPB界面，（c）Si/MoOx界面。最后以5nm的MoOx为例讨论氧空位对OLED器件性能的影响。2.研究了过渡金属氧化物在叠层太阳能电池器件中的应用。通过研究内部连接层CsF:Bphen/WO3/CuPc、CsF:Bphen/MoO3/CuPc的电子结构和能级排布，结合叠层器件性能，分析了载流子产生和注入机理，以及连接层能级排列对器件性能的影响。3.最后，我们还对单重态激子分裂在太阳能电池中的应用做了一些探索和研究。
【作者】张铮；
【导师】李艳青；唐建新；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】过渡金属氧化物；有机发光二极管；叠层有机太阳能电池；氧空位；中间连接层；能级结构；单重态激子分裂；

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