有机-有机界面效应的原位及非原位研究

有机-有机异质结构已被广泛应用于各种有机电子器件,包括有机发光二极管(OLEDs)、有机场效应晶体管(OFETs)和有机太阳能电池等。全面理解有机-有机异质结构的界面效应,对于器件的设计和性能优化具有重要意义。然而由于有机半导体具有多样的化学特性以及分子间较弱的范德华力,界面电荷传输特性与有机-有机电子结构、环境气氛等密切相关。在此,我们报道了随着顶层半导体并五苯(pentacene)的沉积,并五苯/酞菁氧钒(VOPc)异质结构的原位实时电学性能监测。结果显示,异质结构晶体管的p型迁移率从0.4 cm2∙V−1∙s^(−1)下降至0.2 cm2∙V−1∙s^(−1),而n型迁移率从0.01 cm2∙V−1∙s^(−1)迅速增加至约0.9 cm2∙V−1∙s^(−1)。这种n型输运行为的增强归因于pentacene向VOPc的界面电子转移效应以及由此导致的VOPc层中陷阱态的填充。此外,非原位实验对比表明,当晶体管制备过程暴露于大气时会明显抑制这种界面电荷转移效应,导致沉积pentacene后n型输运几乎没有得到改善。薄膜形态、开尔文探针力显微镜(KPFM)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,界面处存在从pentacene到VOPc的电子转移。进一步的密度泛函理论(DFT)计算表明,由于pentacene/VOPc之间较强的相互作用,pentacene往VOPc的电荷转移量约为0.15 e。此外,O_(2)/H2O的存在会抑制这种界面电荷转移效应,这与我们的实验结果一致。本研究通过原位电学表征对有机-有机界面之间的电荷转移效应给出了深入解释,有利于进一步的器件性能优化及界面效应分析。

有机聚合物太阳能电池中二元和三元组分给体-受体(D-A)型聚合物的性能研究

本项研究中,我们设计制备了窄带隙给体–受体(D-A)型二元共轭聚合物P1和具有规整主链结构的D1-A-D2-A型三元共轭聚合物P2。通过精确地控制共轭聚合物的主链结构的单元分布,聚合物的光学和电学性质得到了精确的调控。形成窄光学带隙的同时降低了聚合物的最高电子占据态能级(HOMO),增强了分子主链的共平面性以及聚合物分子间的π-π堆积。在本工作中,我们进一步深入研究了这种结构规整型三元共轭聚合物在有机太阳能电池中的应用。以三元聚合物P2为电子给体,富勒烯衍生物PCBM作为电子受体,在没有任何添加剂的条件下,相比于基于二元聚合物P1的电池器件,基于P2的聚合物太阳能电池获得了显著提高的开路电压(Voc),短路电流(Jsc)和填充因子,并由此得到了最高5%的光电转换效率(PCE),这一结果相对于以D-A结构的P1聚合物为基础制备的器件有了很大提高。我们的结果证明了三元组分聚合物的设计策略的重要性,对进一步提高有机聚合物太阳能电池具有一定的价值。

有机电化学晶体管及其在生物电子学领域的应用进展

有机电化学晶体管(organic electrochemical transistor,OECT)具有高跨导、低工作电压和高灵敏度等特点,在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域显示出广泛的应用潜力.OECT器件采用独特的液态电解液结构,赋予其优异的水介质稳定性和生物兼容性,能够将微弱的离子和生物信号放大并转换为电学信号输出,因此在生物电子学领域具有内在的应用优势.本文综述了近年来OECT器件在生物电子学领域的研究进展与发展现状,从OECT器件的结构和工作原理出发,重点介绍了OECT技术在生物生理信号监测、生物化学传感和仿生神经形态方面的应用进展,最后讨论了OECT技术在生物电子学领域中仍存在的关键挑战和未来发展方向.