有机半导体材料载流子复合的研究

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1、分类号：O631单位代码：10183研究生学号：2013332197密级：公开有机吉林大学硕士学位论文有机半导体材料载流子复合的研究Theinvestigationofchargecarrierrecombinationonorganicsemiconductors作者姓名：刘洋专业：高分子化学与物理研究方向：有机光电功能材料的载流子性质指导教师：田文晶教授培养单位：化学学院2016年4月未经本论文作者的书面授权，化法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论女的全部或部分内容进行任何

2、形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此。限）。否则，应承担侵权的法律责任吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下。除文中已经注明引用，独立进行研究工作所取得的成果的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，均。对本文的研究做出重要贡献的个人巧集体已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：＾曰期；；Ｌｐ谷年５月３曰［．

3、｜有机半导体材料载流子复合的研究Theinvestigationofchargecarrierrecombinationonorganicsemiconductors作者姓名：刘洋专业名称：高分子化学与物理指导教师：田文晶教授学位类别：理学硕士答辩日期：2016年5月30日摘要有机半导体材料载流子复合的研究近年来，科学家们对有机半导体材料的研究不断深入，在有机太阳能电池、有机电致发光、有机场效应晶体管以及有机存储器和传感器等有机半导体器件领域取得了令人瞩目的成绩。有机半导体器件的性能与有机半导体材料的输运性质息

4、息相关。其中，载流子复合是有机半导体器件性能的主要损耗因素之一。同时，载流子复合速率对载流子寿命有很大的影响，如果有效地控制载流子的复合，可以显著地增加载流子的寿命。本文分别以有机聚合物材料poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和有机小分子材料N,N'-Bis-(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'diamin(NPB)为研究对象，设计制备了以有机材料P3HT和PC61BM混合薄膜为有机层和以小分子材料NPB为有机层的有机半导体光

5、电器件，并深入研究了有机光电器件的载流子复合相关性质。主要内容如下：1.制备了以P3HT和PC61BM混合薄膜为有机层的光电器件，并利用线性增压电荷抽取技术（chargeextractionbylinearlyincreasingvoltage-CELIV)研究了P3HT和PC61BM混合薄膜束缚态限制的载流子双分子复合性质。考察了激发光强度，混合薄膜中PC61BM的含量和混合薄膜的热退火处理以及混合薄膜的厚度对载流子双分子复合速率的影响。研究表明，激发光强度，混合薄膜中PC61BM的含量和混合薄膜的热退火处理对束

6、缚态限制载流子双分子复合速率有较大的影响，而混合薄膜的厚度对复合速率的影响非常小。激发光强度的变化导致混合薄膜产生不同的光生载流子浓度。在束缚态稳定的条件下，复合速率随着载流子浓度的升高而增加。最佳的给受体比例和混合薄膜的热退火处理都可以降低陷阱的束缚能，低能量的陷阱更有利于束缚态载流子解离和传输，增加了载流子的迁移率。而混合薄膜的厚度对束缚态限制载流子双分子复合速率的影响非常小。随着混合薄膜厚度的增加，束缚态限制载流子双分子复合速率缓慢地增加。高的束缚态限制载流子双分子复合速率意味着束缚态密度分布的中心位于较低的

7、能量，I低能量束缚态更有利于载流子的传输和收集。2.在典型的三明治结构有机半导体器件中引入绝缘层，通过CELIV技术考察了有机半导体器件的光生载流子寿命。研究发现此种结构器件的光生载流子寿命长达2h左右。原因是材料中杂质的存在，使有机半导体材料的能带发生弯曲。能带的弯曲导致半导体活性层中产生空穴富集区，同时也会使材料吸收光产生的电子和空穴快速分离。空穴储存在空穴富集区，电子迅速地从电极流出，有效地抑制了载流子复合,实现了超长的载流子（空穴）寿命。并且，理论上分析，通过调节有机半导体器件的能级结构，可以显著增加载流子

8、的寿命。因此，为了理解和证明如何通过改变器件结构和有机材料来调节载流子的寿命。制备了Al2O3绝缘层薄膜取代SiO2绝缘层的有机半导体器件，研究发现基于Al2O3绝缘层器件的光生空穴载流子寿命超过了2小时。进一步研究了不同补偿电压和激发光强度对载流子寿命的影响，阐明了超长载流子寿命的作用机理。更重要的是，基于相同器件结构的其他有机半导体材料TPD、TAPC、