金屬氧化物納米復合物在有機光電器件中的應(yīng)用.pdf

1、和傳統(tǒng)的無機材料相比，有機材料由于其質(zhì)輕，容易獲得，易于制備及柔韌性好，可大面積生產(chǎn)等優(yōu)點，基于有機半導體的有機電子器件在過去十年一直受到學術(shù)和工業(yè)的極大關(guān)注。
　　在這些器件中，由于其簡單的結(jié)構(gòu)及可以和下一代便攜式可彎曲柔性存儲器件相結(jié)合，有機雙穩(wěn)態(tài)器件成為了一個集中研究的熱點，近期，已經(jīng)有一些有機雙穩(wěn)態(tài)器件應(yīng)用到存儲設(shè)備中，并取得了一些進展，將納米復合物和納米顆粒/有機材料的混合物作為雙穩(wěn)態(tài)器件的活性層是一個可以獲得高 ON/

2、OFF比及壽命的很成功的方法。ZnO納米顆粒和PVP聚合物由于具有很好的穩(wěn)定性，易于制備，有很好的電學性質(zhì)在過去幾年當中，被廣泛應(yīng)用在了存儲器件當中。
　　目前，基于聚合物：富勒烯結(jié)構(gòu)的太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到10.6％，而單層聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到9.94%，且已經(jīng)通過認證，現(xiàn)在越來越多人將研究重點放在提高有機光伏器件的轉(zhuǎn)換效率。影響聚合物電池的轉(zhuǎn)換效率的主要因素是光吸收及電荷的收集，因此可以通過提高光吸收提高電

3、池的轉(zhuǎn)換效率，由于導體聚合物載流子遷移率較低和激子壽命較短，活性層厚度一般控制在100nm左右，厚度太大，由于自由電荷載流子的重組，這些成為降低電池轉(zhuǎn)換效率的主要原因，而厚度太小會減弱光吸收，從而成為降低光電流的主要原因，因此可以選用一些特殊材料如半導體或金屬能提高光捕獲提高聚合物太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。利用金屬納米顆粒的光散射與局域表面等離子體共振效應(yīng)(LSPR)實現(xiàn)了薄膜太陽能電池的光吸收與光電流增強，因此，在聚合物太陽能電池中引入金

4、屬納米顆粒是一種有效的提高器件的轉(zhuǎn)換效率的方法，而將金屬氧化物與金屬顆粒以化學鍵的方式結(jié)合生成一種納米聚合物也成為了可以利用表面等離子增強作用提高電池的光捕獲的一種有效方法，由于Au納米顆粒是被ZnO NPs所包覆的，可以起到對Au顆粒表面進行鈍化的作用，從而可以提高表面等離子共振結(jié)構(gòu)器件的穩(wěn)定性。
　　本文通過原位生成的方法合成了納米復合物 ZnO-PVP和Au-ZnO提高了有機雙穩(wěn)態(tài)及聚合物太陽能電池的性能。第一次將 ZnO-

5、PVP納米復合物應(yīng)用到有及雙穩(wěn)態(tài)器件中，將捕獲介質(zhì)(ZnO)用一種絕緣體簡單的進行全包覆，和單純的ZnO納米顆粒相比，有效的提高了混合型有機雙穩(wěn)態(tài)器件的開關(guān)比；將ZnO NPs與Au顆粒形成的納米復合物用到了反型的聚合物太陽能電池中，不僅保持了其等離子共振作用及減弱了激子猝滅，提高了器件的性能，同時在未封裝的情況下提高了器件在空氣中的壽命，具體內(nèi)容如下：
　?。?）采用簡單的原位生成的方法成功合成了PVP/ZnO納米復合物，并第一

6、次將其作為活性層應(yīng)用到電雙穩(wěn)態(tài)器件中，通過優(yōu)化PVP層的厚度，ZnO層，ZnO NPs:PVP混合物層及PVP/ZnO層的厚度，得到了PVP層及活性層的最佳厚度，得到了PVP/ZnO納米復合物作為有機雙穩(wěn)態(tài)器件活性層時，器件的ON/OFF比是最大的，最大的ON/OFF比是5.89×102，和純ZnO NPs，ZnO NPs:PVP NPs作為活性的器件相比，它的ON/OFF明顯提高，主要是由于PVP/ZnO納米復合物對載流子電荷有三維方

7、向的限制，載流子的存儲能力提高及更好的薄膜形態(tài)，盡管現(xiàn)在得到的ON/OFF比還比較低，提供了可以利用納米顆粒/聚合物的納米復合物來提高有機雙穩(wěn)態(tài)的方法。
　　(2)采用原位生成的方法成功合成了Au-ZnO納米復合物并將其應(yīng)用到反型聚合物太陽能電池中。對ITO/Au/ZnO/active layer/MoO3/Al和ITO/Au-ZnO/active layer/MoO3/Al兩種結(jié)構(gòu)器件與標準器件對比，發(fā)現(xiàn)，由于Au顆?；駻u-Z

8、nO納米復合物中Au顆粒的存在，Au顆粒都由于等離子共振作用提高了器件的轉(zhuǎn)換效率，通過對Au-ZnO納米復合物的濃度進行優(yōu)化，Au-ZnO納米復合物的器件轉(zhuǎn)換效率最高達到了7.82%，和Au顆粒/ZnO納米顆粒疊層結(jié)構(gòu)的器件的效率相當。Au-ZnO納米復合物結(jié)構(gòu)器件轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定的原因是Au顆粒表面被ZnO鈍化，而Au/ZnO疊層結(jié)構(gòu)的器件由于Au顆粒不穩(wěn)定，因此器件的穩(wěn)定性不好。在對三種器件的壽命進行跟蹤測試之后發(fā)現(xiàn)，Au-ZnO納米復