氨基酸用作界面層的有機-無機雜化光電子器件研究.pdf

1、有機/無機雜化光電器件綜合了有機、無機半導體材料的優(yōu)勢同時又潛在地克服各自的缺點而引起廣泛關注。在活性層材料確定的情況下，通過界面修飾來提高器件的光電性能是最有效的途徑之一。本文主要研究兩性生物分子氨基酸作為界面修飾層對倒裝結(jié)構(gòu)的有機/無機雜化光電器件性能的影響，探究其對器件的光電性能影響并研究其作用機理。
　　主要內(nèi)容包括：用溶膠-凝膠法制備致密二氧化鈦薄膜作為雜化光電器件的陰極修飾層，選擇精氨酸和天冬酰胺酸作為界面修飾材料以自

2、組裝形式在界面處生長。在雜化太陽能性能研究方面，通過數(shù)據(jù)對比，證實經(jīng)過氨基酸修飾過的器件相比空白器件均有性能上的提高。其中，以P3HT:PCBM（1:1）共混材料為活性層、以精氨酸作為修飾材料的太陽能電池體現(xiàn)了較優(yōu)越的性能。相比空白器件，光電轉(zhuǎn)換效率由1.45％提升至2.3%，短路電流由8.39 mA/cm2提升至9.24 mA/cm2，開路電壓由0.48 V提高至0.58 V，填充因子由36.1%提高至43%，外量子效率由45.6%提

3、高至51.9%。在光探測器方面，通過數(shù)據(jù)對比，經(jīng)修飾后的探測器相比空白器件性能均有提高。其中，以PTB7:ICBA共混材料作為活性層、精氨酸作為修飾材料的光探測器體現(xiàn)了較優(yōu)越的性能。相比空白器件，暗電流降低了近5倍使其內(nèi)部噪聲大大減少，整流比提高了3倍以上使器件具有更好的二極管特性，比探測率提高了近3倍使器件的探測能力增強。分析其修飾作用機理，主要是作為偶極離子的氨基酸在TiO2表面形成偶極矩使陰極功函數(shù)降低，導致電子收集界面勢壘降低，

4、界面接觸更加趨近于歐姆接觸。
　　由于分子自組裝生長氨基酸修飾層的周期較長且過程不可控制，所以引入操作簡便、實驗周期較短且過程可控的電泳法來生長氨基酸修飾層。由于TiO2是寬禁帶半導體，需要較強激發(fā)才可以導電，不適于電泳進行，故本環(huán)節(jié)采用電泳法直接對ITO表面進行修飾。經(jīng)以天冬氨酸電泳修飾后的有機太陽能電池，各項參數(shù)相比空白器件均有明顯提升。光電轉(zhuǎn)換效率2.79%相比于空白器件的1.23%提高了一倍以上，短路電流密度提高了30%以