可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

肖特基型自驱动光电探测器件及其多场耦合性能调控

小型化和多功能化是微纳传感器件及其集成系统的主要发展目标.构建无源的自驱动传感器件是实现这一目标的有效途径.利用异质结接触形成的内建电场分离光生电子空穴对从而形成响应电流是实现自驱动光电探测的一种直接有效的方式.在异质结结构的自驱动光电探测器研究中,肖特基型自驱动光电探测器因具有光谱选择性强、响应频率快等特点而备受关注.本文重点介绍了近年来利用低维纳米材料构建的肖特基型自驱动光电探测器,阐释了利用应变/应力、通过界面调控优化器件性能的基本原理,展望了肖特基型自驱动光电探测器发展方向和研究目标.     

基于钙钛矿量子点的电致发光二极管研究进展

钙钛矿量子点因其优异的光电特性,在新型显示和固态照明等领域有着广泛的应用潜力.近年来,钙钛矿量子点成为光电领域的研究热点,钙钛矿量子点发光二极管的器件效率也有了突飞猛进的发展.本文综述了基于钙钛矿量子点的电致发光器件研究进展,分析了制约钙钛矿量子点电致发光二极管效率的主要因素,并对钙钛矿量子点电致发光器件效率提升的策略进行了讨论.     

一种新型丝状光阳极集成的光电致变色器件

提出了一种新型丝状光阳极集成的光电致变色器件, 研究了器件在着色态和褪色态的透过光谱. 结果表明, 器件在褪色态时平均透过率是68.0% (400~1100 nm), 在着色态时平均透过率是26.1% (400~1100 nm), 器件在736 nm处最大光谱调控范围在81.9%~30.3%之间变化. 与传统结构的光电致变色器件相比, 新型结构的光电致变色器的光谱调控范围进一步显著拓宽, 解决了传统结构的光电致变色器件在褪色态时透过率低的缺点.     

碳量子点在光电器件中的应用进展

碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)由于其高的荧光量子产率、带隙可调、溶剂分散性好、高的电子迁移率、较长的热电子寿命、宽的光学吸收、成本低廉、低毒性等优点,近几年作为新型光电材料在光电器件领域崭露头角.本文主要介绍了CQDs的结构、光学性能及其发光机理,总结了近几年来CQDs在白光发光二极管、量子点电致发光二极管、激光二极管、可见光通信、聚合物太阳能电池领域取得的进展以及存在的相关问题,以拓展CQDs在未来照明、显示、通信和太阳能电池等光电器件中的应用.     

二维过渡金属二硫属化合物的应力调控

二维过渡金属二硫属化合物(TMDs)因其优异的性质,在光电器件、能量存储、催化等领域具有重要的应用价值.调节材料的晶格结构可以有效地调控其性质并扩展其应用领域,而应力调控是一种高效调节二维TMDs晶格结构与性质的重要方法.在过去的几年中,研究人员不断丰富应力调控二维TMDs的策略,拓展其在柔性光电器件、传感器、催化以及储能等领域的应用.本文主要综述了应力调控二维TMDs结构的各种策略、性质的调控效果以及在器件中的应用,展望了应力调控二维TMDs的发展趋势,并指出了未来研究中存在的挑战.     

器件老化处理对有机发光磁效应的影响

制备了基于小分子tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum(III)(Alq3)的有机发光二极管,并在室温下对器件进行大电流老化处理;然后测量了器件的光电性能,以及电致发光磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)随老化时间的变化关系.实验结果显示,经老化处理后,器件的发光效率降低、工作电压增大;但器件的MEL随老化时间则表现出先增加、后减小的特点,且其线型保持不变.基于器件光电性能退化的主要机制,分析了器件MEL发生非单调变化的可能原因,即器件中形成了对发光激子有淬灭作用的Alq3阳离子,该阳离子引起发光强度的减弱造成MEL在短时间处理后增加,而阴极/Alq3界面的退化导致发光层中电场的增大则引起器件MEL的减小.这对理解有机发光的退化机制和有机磁效应的形成机制具有较好的促进作用.     

二维材料异质结的可控制备及应用

二维材料异质结是由石墨烯、六方氮化硼、过渡金属二硫族化合物、黑磷等二维材料通过面内拼接或层间堆叠形成的,并由此可分为二维材料面内异质结和垂直异质结.二维材料面内异质结可以实现区域内载流子的特殊传输行为;而垂直异质结中的层间量子耦合效应能够导致新颖的物理特性,通过调节异质结构界面可调制器件的电学及光学性能.目前,随着电子器件、光电器件等对集成性、功能性的要求不断提高,二维材料异质结越来越多地受到研究者的关注,实现二维材料异质结结构(包括界面)的有效调控是构筑高性能、高集成器件的前提.本文主要对比各类二维材料异质结的制备方法,介绍主流的几类二维材料异质结基电子器件和光电器件的结构、工作原理和性能,展望有前景的新型制备方法,并指出二维材料异质结在实际应用中面临的挑战.     

单晶硅表面溴化键合光敏染料及其表面光电压

当今,新型光电功能材料的开发和利用是非常活跃的研究领域。半导体材料的研究在这一领域占有重要地位.为了改善半导体材料及器件的光电性能,提高光电转换效率及拓宽光谱响应范围等,人们利用金属离子掺杂,或将有机半导体通过吸附、涂层、沉积等物理方法固定在无机半导体表面,已获得卓有成效的效果。     

膦基电致发光材料及器件的研究进展

芳香膦(氧)基团具有可打断共轭、电子效应适中、位阻大、便于多功能修饰和配位能力强等特点,是少数几个兼具多种功能的基团之一.通过综合运用这些功能,芳香膦(氧)基团在选择性调节分子光电特性等方面显示出了独特的优势.因此,芳香膦(氧)基团不仅适于构建综合性能优异的光电功能材料,进而实现高效的有机电致发光器件,而且能够为选择性研究单一性质变化对材料光电性能的影响提供平台.近年来,膦基光电功能材料逐渐发展成为有机电致发光(organic light-emitting diode, OLED)领域的热点之一,其所展现出的优异性能和清晰的构效关系在丰富OLED材料库、明确材料设计和优化途径,乃至推动OLED技术创新等方面具有重要的理论意义和实际应用价值.我们在膦基电致发光材料及其器件方面开展了比较系统的研究.从材料的设计策略出发,分别开发了膦基主体材料、发光材料和电子传输材料,对这类材料的光物理性质、激发态特性、电学性能以及电致发光器件性能等进行深入研究.本文对这些工作进行了较为系统的总结,以期为今后膦基光电功能材料的开发提供借鉴和参考.     

基于闪蒸法制备平面钙钛矿光伏器件

自2009年第一块基于钙钛矿材料的太阳能电池被制备出来,经过近10年的发展,目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%提升到超过22%,这使得越来越多的人关注到钙钛矿太阳能电池,它被认为是在未来可能取代硅基太阳能电池的新一代太阳能电池.影响钙钛矿光伏器件性能的关键因素是钙钛矿活性层的制备.在本工作中,使用实验室自制的真空闪蒸设备制备钙钛矿光伏器件,并对前驱液制备、抽气压强等参数进行研究,优化最佳真空闪蒸钙钛矿CH_3NH_3PbI_3层条件,优化后器件最高转换效率达到18.09%.同时尝试在前驱液中掺入CH_3NH_3Cl并制备柔性器件,通过改变掺杂比例进行优化后刚性器件和柔性器件的最高转换效率分别达到了18.69%和15.10%.本工作可以对钙钛矿膜层的制备起到指导作用,进而得到光电性能更好的钙钛矿光伏器件.     

p-n嵌段调节有机光电功能材料的能级

有机电致发光技术在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的研究热点之一.相对于无机电致发光材料而言,有机电致发光材料具有许多优点.在影响有机电致发光器件性能的各种因素中,光电材料的能级扮演着非常重要的角色,这是因为在电致发光二极管中,不同层之间由于能级匹配而产生的势垒对整个器件的驱动电压、发光波长、效率以及寿命等性能都有明显影响,因此研究有机光电功能材料能级的可控调节对推动整个有机电子学的发展具有非常重要的意义.以我们的工作为主,从材料合成的角度介绍了近年来通过p-n嵌段方法调节有机光电功能材料能级的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望.     

静电纺丝制备光电功能聚合物纳米纤维及其应用

随着器件小型化的需要以及分子器件的发展,基于纳米及亚微米尺度的分子材料近十年来备受关注.一维纳米结构具有本征各向异性,有利于电荷传输,是研究电子传输行为的理想体系.通过静电纺丝能够快速大量地制备聚合物纳米纤维,其孔隙率高、比表面积大,是当前一条行之有效的、重要的制备光电功能聚合物一维纳米结构的路线.本文详细阐述了通过静电纺丝技术制备光电功能聚合物纳米纤维及其在有机场效应晶体管、气体传感器和电化学传感电极等方面的应用研究进展,并进一步提出了该领域的研究前景及尚待解决的问题,同时扼要介绍了模板法、自组装法和蘸笔印刷等其他常用的制备光电功能聚合物纳米纤维的方法.     

有机单晶电致发光器件研究进展

有机单晶半导体材料由于分子排列有序、高稳定性和高载流子迁移率等优点,成为一类具有应用潜力的光电子材料,在光电器件领域获得了广泛的应用.特别是其弥补了无定形态有机薄膜在热稳定性和载流子迁移率等方面的不足,有机单晶在有机电致发光器件(OLED)方面展现了潜在的应用前景.有机单晶OLED器件从最初的点发光到成功实现了面发光,器件性能不断提升.本文聚焦有机单晶OLED,系统总结了材料和器件制备工艺以及器件性能优化等方面的研究进展,同时讨论了有机单晶OLED性能进一步提升所面临的瓶颈难题和可行的解决方案.     

单晶硅表面键合光敏染料的研究

80年代以来,随着半导体光电技术的飞速发展,光电器件在越来越多的领域中得到应用.但是,由于半导体材料本身性质上的限制,使其在光电转换及光谱响应范围等方面还存在着许多问题.例如,目前的硅太阳能电池,其光电转换效率已达17％,这与理论值21.6％已经很接近,要想突破21.6％的理论值,就必须寻求新的途径,彻底改变光电材料的性质.在单晶硅表面键合光敏染料,正是在这方面的一种探索.     

新型光电功能器件的科学前沿和应用

正有机、有机/无机复合光电器件近年来发展迅猛,并且已经逐步走进我们的生活,在信息显示领域(如可折叠柔性显示屏)和新能源领域(如太阳能电池)应用广泛.中国学者在此领域作出了重要贡献.为了集中展示该领域的发展,《科学通报》组织"光电功能材料和器件专题",邀请国内专家和学者,结合自己的研究工作撰写文章,对光电材料和器件的发展进行梳理和总结,并对发展前景进行展望.该专题共包含10篇文章.     

单壁碳纳米管的荧光恢复研究

单壁碳纳米管因其独特的结构及优良的光学、电学、力学和磁学性能,在纳电子器件、储能、场发射与平板显示和结构增强等众多领域具有广阔的应用前景.单壁碳纳米管可在近红外波长范围内发射接近连续的光致发光和电致发光,有望成为未来纳光电器件和光器件的基础材料,     

石墨烯透明电极在氮化镓基光电器件中的应用

二维材料石墨烯因其优异的特性或将在下一代纳米电子器件中发挥核心作用.其用作光电器件上的透明电极是目前公认的短期内最有可能实现产品化的领域.本文结合实验室的工作,综述了石墨烯应用作氮化镓(GaN)基光电器件(特别是发光二极管)透明电极的国内外最新研究进展,并对未来发展方向作了展望.     

蓝宝石雕刻:干法刻蚀辅助激光加工技术

正硬脆材料主要包括金刚石、蓝宝石、光学玻璃、半导体、高硬度合金、陶瓷等.这些材料具有抗腐蚀、耐高低温、抗磨损、硬度高、脆性大等特点,在包括特种空间光学窗口、弹药研制、光电器件、消费电子等在内的诸多领域具有广阔的应用前景.其中,蓝宝石由于其覆盖紫外至中红外的高透过率、超高硬度、良好的热稳定性和化学稳定性等优良的物理、化学和光学性质,已被广泛用于军事、工业、医学和航空航天等领域.硬脆材料具有优异的光电特性以及稳定的机械化学稳定性,在实际应用中发挥了重要的作用.