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1、Vo.l27高等学校化学学报No.22006年2月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES323~326酞菁氧钛/N,N-二甲苯基苝酰亚胺复合薄膜的光伏极性反转孙景志,曹健,徐海鹏,汪茫(浙江大学高分子科学与工程系,硅材料国家重点实验室,杭州310027)摘要用表面光电压谱和电场诱导表面光电压谱相结合的方法,研究了酞菁氧钛/N,N-二甲苯基苝酰亚胺复合薄膜的表面光伏行为,发现加入N,N-二甲苯基苝酰亚胺使复合薄膜在可见光区和近红外光区均产生负的光伏响应,可归结为光伏极性反转现象.该响应随着外加
2、偏压方向的改变而改变正负值,表现出表面态跃迁的特征.根据N,N-二甲苯基苝酰亚胺n型半导体的性质,从价带到表面态和从表面态到导带的跃迁能量的差别以及依赖于偏压方向的电场诱导表面光伏响应,确认表面态来自N,N-二甲苯基苝酰亚胺组分.关键词光伏极性反转;表面态;复合材料;表面光电压中图分类号O643文献标识码A文章编号0251-0790(2006)02-0323-04当p型的酞菁氧钛(TiOPc)和n型的偶氮化合物复合后,体系的表面光伏响应发生光伏极性反转[1,2][2,3](PVPI),对这种新现象的研究结果表明,光伏极性反转与从酞
3、菁组分到偶氮组分的光致电荷转移以及复合材料中表面定域态的产生都有密切关系.考虑到苝酰亚胺衍生物是典型的n型有机半导[4]体材料,n型苝酰亚胺衍生物与p型TiOPc复合将有利于发生电荷转移,并有可能获得增强的光伏极性反转现象.本文在合成纯化N,N-二甲苯基苝酰亚胺(ToPTCDI)的基础上,制备了TiOPc/ToPTCDI复合薄膜.用表面光电压谱和电场诱导的表面光电压谱相结合的方法系统地研究了复合体系的表面光伏响应,观察到明显的光伏极性反转现象,结合实验数据和能带理论对该体系中光伏极性反转的产生机理进行了分析.1实验部分ToPTCDI与TiOPc的合成方
4、法参见文献[5],其分子结构Scheme1.Scheme1ThemolecularstructuresofToPTCDIandTiOPc[2,3,6]将纯化后的TiOPc与ToPTCDI以各种摩尔比用溶液砂磨的方法混合均匀,并在压片机上压制成厚度约500m的薄片.将制备的复合薄膜紧贴在镀银的ITO(铟锡氧化物)电极上,样品上自由放置透明的ITO玻璃电极,在ITO和复合薄膜之间形成MIS(金属-绝缘体-半导体)结构.银电极和ITO玻璃电极与Brookdeal9503-SC锁相放大器的电压输出源连接,以便在光伏器件上施加稳定的偏压.当收稿日期:2005-
5、01-19.基金项目:国家自然科学基金(批准号:90101008)和国家科技部九七三计划项目(批准号:2002CB613401)资助.联系人简介:孙景志(1964年出生),男,博士,副教授,主要从事有机半导体复合光电功能材料的研究.E-mai:loplsunjz@zju.edu.cn324高等学校化学学报Vo.l27正极施加在ITO电极上时,称其为正向偏压.用500W氙灯为光源,单色光经Higler/WattsD300型单色仪和斩波器调制后,透过ITO玻璃电极照射到复合薄膜表面.表面光电压信号由Brookdeal95
6、03-SC锁相放大器收集,经计算机处理后得到表面光电压谱(SPS).2结果与讨论2.1TiOPc/ToPTCDI复合薄膜的表面光伏响应图1(A)和(B)分别给出不同摩尔比的TiOPc/ToPTCDI复合薄膜在300~800和800~1600nm区间的SPS曲线.纯TiOPc的特征光伏响应出现在近紫外(320~410nm,B带)和近红外(550~800nm,Q带)区域,而ToPTCDI的特征光伏响应集中在400~580nm的可见光区.随着TiOPc中ToPTCDI组分的增加,复合材料中TiOPc组分的光伏响应强度减弱,当n(TiOPc)n(ToPTC
7、DI)=21后达到极限,继续增大ToPTCDI的比例时,复合材料的光伏响应强度减弱不明显.另一方面,随着ToPTCDI组分的增加,复合材料中ToPTCDI在380~550nm区间的光伏响应逐渐显示出来.但与纯ToPTCDI组分相比,该波段的光伏响应信号由正转负,发生极性反转.由于这个波段恰好与纯ToPTCDI的光伏响应相*对应,因此可以归属为ToPTCDI的-跃迁引起的表面光电压信号.极性反转的原因在于ToPTCDI与TiOPc是导电类型和载流子迁移率都不相同的两种半导体材料,光伏响应存在大的相位差,用测试TiOPc的相位去测试TiOPcToPT
8、CDI复合材料时,ToPTCDI组分的响应表现为负值.在n(TiOPc)n(T
