過渡金屬氧化物在有機(jī)光電子學(xué)中的界面研究和器件研究.pdf

1、一直以來,有機(jī)光電器件,例如有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、有機(jī)太陽能電池(OPV),由于材料的制造成本低、制作過程簡單以及可以兼容柔性基底等優(yōu)點(diǎn)被廣泛關(guān)注和研究。有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)有望應(yīng)用于下一代的平板顯示和固體照明領(lǐng)域,而降低驅(qū)動電壓,提高使用壽命是保證大面積商業(yè)化生產(chǎn)的必要條件。為此人們嘗試了很多的方法來客服這一困難,其中之一即為在電極層和有機(jī)層之間加入一層緩沖修飾層。有機(jī)太陽能電池(OPV)有望成為真正綠色環(huán)保、可再生的能源

2、,為緩解全球性的能源危機(jī)、環(huán)境污染提供巨大幫助。德國Heliatek GmbH公司2013年在公司網(wǎng)站上宣布他們蒸鍍的小分子太陽能電池器件效率已達(dá)到12％,已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化水平,并有望在2015年達(dá)到15％的能量轉(zhuǎn)換效率。但是,與傳統(tǒng)太陽能電池相比效率和壽命都還有不少差距。主要原因在于有機(jī)光敏材料雖然具有較強(qiáng)的吸光能力,但是其吸收光譜范圍非常窄。疊層有機(jī)太陽能電池可以通過串聯(lián)起不同吸收光譜范圍的光敏材料做成的器件,得到較高的轉(zhuǎn)換效率。但是

3、在器件串聯(lián)的過程中,連接層的選擇對器件性能起到了至關(guān)重要的作用。此連接層要求具有較高的透光率、穩(wěn)定性以及與子器件單元良好的能級匹配等。過渡金屬氧化物有著很寬的功函數(shù)范圍(從ZrO2~2 eV到V2O5~7 eV),能夠和有機(jī)材料進(jìn)行良好的能級匹配,有效的降低能級勢壘,提高空穴(電子)注入(導(dǎo)出)效率,被廣泛應(yīng)用到 OLED、OPV器件中充當(dāng)緩沖修飾層。另外,過渡金屬氧化物,如MoO3、WO3等,因?yàn)榫哂锌梢姽夥秶鷥?nèi)的高透明度,性能穩(wěn)定,

4、高功函數(shù)等許多極佳的特性被廣泛用在疊層OPV的連接層中,并取得了不錯(cuò)的效果。
　　本文主要著眼于過渡金屬氧化物在OLED和OPV中的應(yīng)用研究。以MoO3和WO3為例,通過光電子能譜(XPS和UPS)研究了過渡金屬氧化物中氧的含量對氧化物化學(xué)性能、電子結(jié)構(gòu),和對有機(jī)層能級排列的影響。分析結(jié)果在制備的光電器件性能中得到驗(yàn)證。獲得了疊層太陽能電池中基于過渡金屬氧化物(MoO3和WO3)內(nèi)部連接層的界面電子結(jié)構(gòu)和能級排布,研究其工作機(jī)理,

5、并進(jìn)一步探討了連接層結(jié)構(gòu)和材料對器件性能的影響。其主要工作內(nèi)容有：⑴利用光電子能譜研究分析了在不同基底上、基于不同厚度的MoO3、WO3和有機(jī)小分子界面層的界面電子結(jié)構(gòu)：ITO/MoOx(5 nm,10 nm)/NPB界面；ITO/WOx(5 nm,10 nm)/NPB界面,(c)Si/MoOx界面。最后以5 nm的MoOx為例討論氧空位對OLED器件性能的影響。⑵研究了過渡金屬氧化物在疊層太陽能電池器件中的應(yīng)用。通過研究內(nèi)部連接層Cs