分子半导体改性聚合物复合电介质研究进展

薄膜电容器因具有功率密度高、损耗低、循环寿命长、安全环保等特点而被广泛应用于智能电网、风力发电、电动汽车、脉冲功率系统等领域。电介质是决定薄膜电容器性能的关键,但材料中的缺陷、杂质等在高温、高电场下产生泄漏电流,使薄膜电容器的储能性质急剧降低,难以在热、电耦合场下获得高能量密度。向聚合物电介质中引入微量有机分子半导体的改性方式可使电介质中产生能量陷阱捕获载流子、抑制泄漏电流,从而降低电导损耗,提高充放电效率。本文综述了通过向聚合物基体中引入有机分子半导体提升电介质高温储能性质的方法,讨论了有机小分子半导体、聚合物分子半导体改性对储能性质的影响机制,并展望了相关领域未来的发展方向。

附生结晶调控有机高分子半导体材料聚集态结构与性能

高质量共轭高分子半导体晶体材料的制备对于其基础物性的研究和高性能有机光电器件的构筑具有至关重要的意义.但是高分子材料存在本征分子量大、呈分散性、链间易于缠结等特征,导致其高度有序共轭高分子聚集体的制备面临巨大挑战.本文立足于有机高分子半导体材料聚集态结构与性能调控,在传统溶液组装策略的基础上,介绍了新型取向结晶策略,重点探讨了附生结晶的影响因素以及附生结晶在调控有机高分子半导体材料聚集态结构与性能方面的优势,并对目前附生结晶存在的问题进行了总结与展望.

三(五氟苯基)硼烷掺杂有机/高分子半导体的研究进展

有机/高分子共轭聚合物的结构设计是制备高性能有机半导体的有效策略,但该过程存在着设计合成周期长、制备步骤复杂和产率偏低等问题。为了克服这些问题,近年来人们越来越关注对有机/高分子半导体的掺杂。然而,传统电荷转移掺杂剂(如卤族单质I_(2)、金属氧化物Fe_(3)O_(4)、小分子F4TCNQ等)存在掺杂效率低、溶解度差和掺杂条件苛刻等问题。相比之下,三(五氟苯基)硼烷具有溶解度高、掺杂效率高、广泛适应性等优点。本文结合相关文献综述了三(五氟苯基)硼烷掺杂有机半导体的物理机制,并探讨了掺杂有机半导体的性质;此外,还总结了三(五氟苯基)硼烷掺杂在不同光电功能器件中的应用并明确了今后的研究方向。

酰亚胺基N-型高分子半导体研究进展

近年来,高分子半导体材料由于其可溶液化加工及柔性等特点,引起了学术界以及工业界的广泛关注.然而,相比于P-型高分子半导体,由于缺电子结构单元的缺乏、空间位阻效应及合成上的挑战,N-型高分子半导体材料的研究仍然相对较少,开发高性能的N-型高分子半导体仍然是有机电子领域面临的巨大挑战.本专论回顾了N-型高分子半导体材料的最新研究进展,重点介绍了我们课题组开发的酰亚胺基高分子半导体及其在有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池(OPVs)中的应用.通过对分子结构设计以及相应的器件性能的总结,以期为高性能N-型高分子半导体材料的设计和开发提供进一步的指导和借鉴.

薄膜太阳能电池新突破 开发控制高分子半导体

一般来说,作为应用于有机薄膜太阳能电池和有机晶体管的半导体材料,低分子材料的载流子迁移率更高,达到了10cm2/Vs。而高分子有机半导体的载流子迁移率目前仅为0.1~0.5cm2/Vs。应用于薄膜太阳能电池时只能实现5%~7%的较低水平发电效率。

有机场效应晶体管：新型有机半导体分子材料的设计、合成与器件的性能研究

场效应晶体管是通过调节栅极电压来控制源漏极之间电流大小的一种有源器件。以有机半导体材料制备的有机场效应晶体管具有许多特点,如制备工艺简单、成本低和柔韧性好,可被用作智能卡、电子商标、电子纸、存储器、传感器和有源矩阵显示器。本报告将介绍有机π-共轭分子的设计、合成,以它们为半导体材料,有机场效应晶体管的制备及电性能的研究。设计、合成了并五噻吩,进行了结构表征和薄膜性能研究,并以它为半导体材料制备了场效应晶体管。结果表明并五噻吩Eg为3.29eV,而相应的并五苯的Eg仅为1.85eV。热分解温度272℃。场效应迁移率0.045cm^2/Vs,开关比10~3。预示着并五噻吩将是新一类有机半导体材料。我们把微电子学中的掺杂技术扩展到纳米电子学中,首先制备了氮掺杂的多壁碳纳米管,然后利用聚集离子束技术制备了基于单根碳纳米管的场效应晶体管。氮掺杂的碳纳米管显示n-半导体特性,电子迁移率高达895cm^2/Vs。从低成本的铜和银的下电极结构出发,结合对二氧化硅衬底的表面修饰,通过简单的一步溶液法在电极上生成有机电荷转移复合物,从而提高了铜和银电极的表面功函数,改进了电极和有机半导体之间的接触,降低了接触电阻,改善了载流子的注入,从而实现了和金上电极结构器件相当的高性能。合成了2-芘氧一4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧自由基,并以它为半导体材料,以SiO_2为绝缘层制备了场效应晶体管。结果表明,采用该化合物制备的器件显示出良好的p-型场效应性能,场效应迁移率高达0.1cm^2/Vs,开关比为5×10~4。

聚硫堇半导体性质的电化学证据

聚硫堇的电导率为9.6×10－6 S·cm－1,属有机半导体.在10 ℃至60 ℃温度范围内，测定了聚硫堇的循环伏安图、恒电位下的放电曲线和交流阻抗图,并测定了电解质溶液的电导率随温度的变化.在聚硫堇的循环伏安图上有一阳极峰和一阴极峰,它们的峰电流均随温度的升高而增加；恒电位下的放电电流也随温度升高而增加；而交流阻抗的结果表明,聚硫堇的电荷传递电阻Rct随温度升高而下降,即它的交换电流i0随温度升高而增加;而溶液电阻和膜电阻也随温度的升高而下降，这同样会引起电流随温度升高而增加.所以温度对固体半导体聚硫堇的电极反应速率的影响包含了电极反应的本身和电极的电导率等因素的影响.聚硫堇的扫描电镜图证实了它的表面是一种纤维状结构.

中国科学院长春应用化学研究所分子红外材料研究团队

代表性科研成果1——硼氮配位键n型有机高分子半导体.不同于采用酰亚胺结构设计高分子受体材料的传统思路,发现硼氮配位键大幅度降低共轭高分子LUMO/HOMO能级,在此基础上,从无到有,发展出硼氮配位键高分子受体材料体系;通过精细调控硼氮配位键高分子受体材料的光电性质,实现其全高分子太阳能电池效率从0.1%到15%的转变;基于硼氮配位键高分子受体材料,发展出在150℃高温下稳定工作的太阳能电池,报道了第一个全高分子室内光伏器件,开发了第一个无定形n型高分子半导体。

聚噻吩半导体可与非晶硅媲美

以位于南安普敦的默克化学Chilworth技术中心IainMcCulloch博士为主导的工业和理论科学家小组近来已研究成功一种新型聚合物，其在导电性能方面可以与非晶硅相媲美。这种聚合物材料为一种聚噻吩半导体，可以替代非晶硅用于屏幕和显示器中超薄晶体管底板生产，应用于电子工业。该研究团队在《Nature Materials》杂志上发表的论文表示，虽然这种高分子半导体的性能总体而言还是落后于非晶硅半导体，但聚噻吩的分子排列结构使其具有良好的半导体性能，在空气中有很好的稳定性。

退火温度对高分子薄膜中掺杂小分子的结晶和光谱学响应特性的影响

研究了小分子材料苝(EPPTC)在高分子材料聚芴衍生物(F8BT)薄膜中的结晶特性随温度的变化规律,以及由此引起的两种材料构成的异质结中激发复合体荧光发射特性的变化。实验结果表明,退火温度的升高会加强小分子与高分子材料在固体薄膜中的相分离。而小分子相在析出过程中,会在分子间作用力诱导下发生π—π团聚而结晶。晶体的尺度在达到小分子材料相变温度之前基本上随温度升高而增大。这一过程将破坏异质结结构,减小小分子与高分子间的接触面积,从而降低激发复合体的形成及其荧光发射强度。同时,由高分子向小分子发生的能量转移过程被显著减弱,而小分子晶相的荧光发射成分提高。这对于调控有机半导体异质结结构,进而改善光伏器件性能具有重要意义。

中科院在全高分子太阳能电池领域取得系列进展

中国科学院长春应用化学研究所的研究人员在n型高分子半导体的开发方面取得了系列进展，首次将硼氮配位键引入到n型高分子半导体的分子设计中，提出了采用硼氮配位键降低共轭高分子的LUMO（最低未占有分子轨道）／HOMO（最高已占有分子轨道）能级，以开发n型高分子半导体的策略，开发出了两类含硼氮配位键的n型高分子半导体受体材料，其全高分子太阳能电池器件效率与传统酰亚胺类n型高分子半导体相近，为全高分子太阳能电池的发展提供了支撑。

基于有机(高分子)半导体和光致变色分子的场效应晶体管

作为有机电子学重要的研究内容,有机场效应晶体管(OFETs)的研究近年来得到了广泛的关注.随着应用场景的多元化,研究者对具有多功能,尤其是对特定外场刺激具有响应及存储功能的场效应晶体管的研究越来越重视.其中,在光照下发生器件性能可逆变化的有机场效应晶体管在神经突触模拟、多稳态记忆器件、非易失性存储器等功能器件领域具有潜在的应用前景.光调控有机场效应晶体管的构筑策略是引入光致变色分子,其可在特定波长光照下在两种状态间进行可逆转换,利用它们在两种状态下具有的不同的性质,从而影响OFETs的载流子输运性质,进而实现对器件性能的调控.本文综述了基于三种常见光致变色分子的光调控有机场效应晶体管的研究进展,并且展望了该领域的发展趋势.

氢掺杂C_(60)薄膜的电导性质研究

本文报道了用微波等离子法制备氢掺杂Ｃ６０薄膜．直流电导测量表明，室温下掺杂的电导率要比未掺杂膜的大５个量级．经５７３Ｋ温度退火后，掺杂膜的电导接近，但仍要高于本征膜的电导率，说明仍有少量的氢留在薄膜中．

聚合介质酸度对聚苯胺的结构和性能的影响

不论电化学还是化学聚合,酸度对聚苯胺(PAn)的合成都有很大影响,说明只有在酸性条件下才能合成电活性的聚苯胺,鉴于聚合介质的酸度对聚苯胺的影响尚无详细的报道,本文研究了聚合介质酸度对聚苯胺的结构和性能的影响.

超支化聚合物的光物理行为及其压力效应

在溶液中观察到超支化聚合物 2 甲氧基 5 (2′ 乙基己氧基 ) 对 苯乙烯 /3,5 二乙烯基苯共聚体 (MEH PPV HS1)具有很强的荧光发射 ,并且在紫外区有两个明显的相邻吸收带 .分别激发这两个吸收带得到相同的荧光发射 .在压力作用下 ,这两个吸收带表现出不同的压力效应 ,并且在不同的压力下分别激发这两个吸收带时 ,所得到的荧光发射效率随压力的变化趋势表现出明显的不同 .结果表明 ,这两个相邻的吸收带分别来自于超支化聚合物分子中具有不同长短的有效共轭结构 .不同的共轭结构受光激发后到达不同的激发态 。

CsPbBr_3/C8-BTBT复合薄膜的制备和光学性能研究

文章采用热注入法制备CsPbBr3量子点,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分析量子点的晶相结构,通过吸收光谱和循环伏安法表征量子点的能带结构。实验制备的量子点禁带宽度为2.52eV,半峰宽仅为25nm,可与小分子有机半导体C8-BTBT共同溶解于有机溶剂中,形成稳定的胶体分散体系。通过滴注和浸渍提拉法制备了CsPbBr3/C8-BTBT复合薄膜,分别采用365nm的紫外光和470nm的蓝光LED作为激发光源,表征了量子点薄膜及复合薄膜的光致发光性能。实验结果表明,纯CsPbBr3量子点薄膜的转换效率可达90%,以有机半导体C8-BTBT作为复合基质的薄膜在紫外光激发下光致转换效率提高了44%。

消息报道

化学所发展出有机高分子半导体高效图案化新策略 近期,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室研究员张德清课题组设计合成了一种新的双吖丙啶类交联剂4CNN,实现了有机高分子半导体的高效图案化,为全溶液加工柔性电路提供了新思路。这种"四臂"型交联剂4CNN具有以下优点:双吖丙啶类化合物在紫外光照射或加热条件下能够高效产生活性卡宾中间体,并能迅速与其邻近的C(sp3)—H键高效地发生插入反应,从而实现化学交联,在无紫外光照和常温条件下该类化合物具有较好的稳定性。

Nano-Level Electron Beam Lithography

The JEOL JBX-5000LS is a vector type machine.The system hardware features an ion-pumped column,a LaB 6 electron emitter,25kV and 50kV accelerating voltage,and a turbo-pumped sample chamber.The resolution,stability,stitching and overlay of this system are evaluated.The system can write complex patterns at dimensions down to 30nm.The demonstrated overlay accuracy of this system is better than 40nm.

可使用熨斗粘贴的新型薄片状太阳能电池

据悉，日本理化学研究所与东丽公司等组成的联合研究小组开发出一种新型薄片状太阳能电池，使用电熨斗就可以将其粘贴到衣服上使用。该电池是在又薄又软的树脂表面涂上可以将太阳能转换为电能的有机高分子半导体材料制成的。