5632字开题报告物理学博士论文开篇报告:有机半导体的界面稳定性和光电耦合对界面润湿性的调节。

有机半导体的界面稳定性及光电耦合对界面渗透的调控

开幕报告

内容

一、选题背景

二.研究的目的和意义

第三，本研究涉及的主要理论

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

(2)本文的研究框架

五、写作大纲

六、本文的研究进展

七、读过的文学作品

一、选题背景

如今，随着空之前通信技术的发展，人们已经进入了信息时代，有机半导体器件由于其优异的性能、低成本、材料范围广、体积轻而成为信息时代越来越关注的焦点。因此，有机半导体材料及其在信息领域的应用也成为近年来快速发展的研究方向。随着科学技术和生产力的飞速发展，新型有机半导体材料的出现极大地丰富了人们的视野，引发了相关有机半导体器件的研究热潮。目前，已经引起广泛关注的有机半导体器件包括:有机薄膜晶体管(OTFTS)、有机发光二极管(OLEDs)、有机太阳能电池和有机存储镜腿。

有机半导体的研究首次开展于1954年。日本科学家赤津(Akatsu)、井口(Hewell)等人发现，掺有A的芳香族碳水化合物薄膜可以产生电流，电导率是O.lS/cm,.。因此，有机半导体的概念最早被提出，有机半导体材料及其器件的研究领域从此被打开。然而，由于材料最初的低流动性，几乎不可能将其投入实际使用。因此，它没有得到足够的重视。近十年来，人们又开始关注这个新的研究热点。最初，利用小有机分子作为功能层的场效应器件和电致发光器件取得了令人兴奋的结果，引起了学术界的关注，也引起了业界的兴趣。因此，已经投入了大量资金。在这项研究中，新的有机半导体材料不断被发现或合成，从有机小分子到聚合物材料，在功能和应用方面显示出更多的结果和更多的可能性:更低的工作电压，更高的迁移率，更灵活和简单的制造方法，以及更高效率的发光器件和激光器件。随着新型有机半导体材料的合成，各种器件结构和制备方法也不断涌现。目前，有机半导体材料的迁移率和开/关电压比已经达到相当高的水平，几乎接近选择性应用的程度。世界上最杰出的有机半导体薄膜器件研究实验室是贝尔实验室(LUN Cent Technologies)；国际商用机器公司沃森研究中心(有机半导体薄膜生长机理和器件新技术方面优秀)；英国剑桥大学卡文迪许实验室的光电子学小组(由R.H.Friends领导的小组在有机半导体器件的性能研究和新技术方面做了大量出色的工作)；由美国宾夕法尼亚大学电子工程系的杰克逊领导的小组在提高设备性能方面表现出色。他们报道了有机半导体器件中最高的场效应迁移率。

然而，在有机半导体器件中，以有机半导体薄膜为主体的有机功能层是重要的组件。在加工技术上，有机半导体薄膜具有无机薄膜所不具备的一些特性。无机薄膜通常通过化学气相沉积、溶胶-凝胶、溅射、电化学等方法制备。除了上述制备方法，有机膜还包括真空气相沉积、旋涂、喷墨印刷、有机气相喷射印刷、有机气相沉积、丝网印刷和其他方法。现有制备有机薄膜的工艺很多，不同方法制备的薄膜质量不同，直接影响器件的效率，制备方法的选择也会影响产品的制备成本。一般来说，为了保证产品质量，根据不同材料的性质选择不同的制备方法。目前，有机半导体薄膜已经应用于有机太阳能电池，并成为研究热点。未来，有机太阳能电池的应用将面临三大挑战:转化效率的提高、大规模生产和稳定性。至于转化效率，这是显而易见的，并已引起广泛关注。然而，有机半导体的物理和化学稳定性也从另一个方面影响转化效率，甚至直接构成其工业应用的限制问题。稳定性和均匀性是喷墨印刷技术制备有机薄膜时遇到的主要问题之一。它们必然与有机太阳能电池的工作稳定性和使用寿命有关。有必要对有机半导体薄膜均匀性和稳定性的影响因素及成膜机理进行基础研究，这将有助于提高有机太阳能电池的工作稳定性和使用寿命。表面润湿性，无论是物理的还是化学的，都是一种不仅能反映有机膜界面物理变化，而且能关联表面能(组成)变化的方法。作为研究有机薄膜稳定性和均匀性的有效方法，值得探索。

二.研究的目的和意义

通过了解有机半导体薄膜的特性和应用，可以看出该材料具有优异的性能和独特的优势，在许多方面显示出巨大的潜在应用价值。尽管有机半导体器件的研究从兴起到现在只花了很短的时间，但是已经取得了很大的成就。它的诸多优点使其在未来平板显示领域和太阳能电池领域具有无限的发展潜力。从目前的发展趋势来看，具有薄、轻、便携甚至可折叠显示器的电子产品将在不久的将来成为现实。

与成熟的广西太阳能设备相比，有机太阳能薄膜的主要挑战之一是其稳定性。然而，有机薄膜的低转化效率引起了人们的极大关注，而有机薄膜的稳定性却没有得到相应的关注。将光学润湿性(Opto-welling)的概念引入有机半导体薄膜界面，采用了一种全新的方法，即通过有机薄膜界面的物理化学特性和光相互作用对其润湿性的影响，从而评价有机薄膜界面的均匀性和稳定性，并探讨其界面能、润湿性和光电亲和性的物理机制。此外，由于有机半导体薄膜表面润湿性在防腐、抗静电涂层、导电织物和生物等方面的潜在应用，有机半导体薄膜润湿性的研究也成为热点，特别是通过一些方法来控制润湿性，取得了预期的效果。

第三，本研究涉及的主要理论

有机半导体(Organic semiconductor)是一种具有半导体性质的有机材料，即其导电性介于有机导体和有机绝缘体之间，并且其热激活导电性在规定的范围内。有机半导体可分为三类:有机物质、聚合物和供体-受体复合物。有机化合物包括芳香烃、染料、金属有机化合物，如紫精、罗丹明B、酞菁、孔雀石绿等。聚合物包括主链中的饱和聚合物和普通聚合物，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚乙炔、聚苯硫醚等。对于有机半导体，一般来说，N型半导体具有高电子亲和力，即容易获得电子，电子可以在一定范围内传导，也称为电子受体，而P型半导体具有低电离势，即电子更容易丢失，留下空空穴，并且空空穴可以在材料中传导，也称为电子供体。有机半导体在许多方面不同于无机半导体，包括光学、电子、化学和结构性质。为了设计和模拟有机半导体，需要光吸收或光致发光的光学特性，[5]。这些物质的光学性质可以用紫外-可见分光光度计和光致发光分光光度计来描述。用原子力显微镜和扫描电子显微镜可以研究半导体薄膜的表面形貌。自由能的电子特性可以通过紫外电子能谱来检测。

与无机半导体相比，它具有以下优点:(1)柔韧性好，可大面积制备，可应用于软屏。(2)制备简便，不需要高真值空、高温等制备条件。(3)分子结构多样多变，有利于材料的合成和设计。(4)光电集成，制备的器件导电、透明、发光。(5)可制成分子器件。在超大规模集成电路中，它可以制成单个有机分子或单位器件，甚至更小，达到纳米数量级。由于这些优点，由有机材料制备的薄膜也具有应用优势，例如在集成电路、显示元件等中。特别是应用于太阳能电池的活性层，使有机半导体薄膜太阳能电池与晶体EVA太阳能电池相比具有以下优点:(1)原料来源广泛，化学可变性大；(2)改变和提高材料的光谱吸收能力，提高载流子传输能力，扩大光谱吸收范围的方法很多；(3)易于加工，大面积成膜，通过各种方法如旋转法成膜；(4)易于进行物理改性，如辐射处理或高能离子注入掺杂，以提高载流子的电导率，降低电阻损耗，改善短路电流；(5)电池制成各种形式；(6)价格较低，合成工艺较简单，成本较低。然而，它也有一些缺点:器件的寿命和稳定性需要进一步研究和提高；应用领域也需要进一步拓展。

第四，本文的主要内容和研究框架

(一)本研究的主要内容

本文的主要工作和研究内容包括以下几个方面:

(1)研究了有机物质溶于有机溶剂过程中涉及的几种有机溶剂。分别研究了甲苯、氯仿和邻二氯苯对PCBM溶解度的影响，建立了PCBM对有机溶剂的依赖性，以便在今后的实验中使用该试剂。

(2)研究了含有P3HT和PCBM的液滴在ITO固体衬底上蒸发沉积的均匀性空和对溶液浓度空的依赖性。在通过喷涂、旋涂等方法制备有机半导体薄膜的过程中，核心工艺是将有机半导体溶液微滴连续快速附着在固体衬底上并蒸发成膜。研究了不同浓度有机半导体溶液的小液滴缓慢蒸发沉积在固体衬底上的图形的影响以及沉积物的分布空。基于经典的“咖啡环”效应，由于蒸发液滴-气体界面空的曲率和蒸发速率pan，蒸发不均匀，从而导致有机半导体分子链在气-液-固线上的严重钉扎，导致有机半导体沉积物的严重不均匀性，并威胁膜空的均匀性，沉积模式对浓度和体积大小的依赖性得以建立，并且溶液浓度对后期蒸发动力学过程的调节的影响，即整个液滴形态的不稳定现象得以建立

(3)研究了紫外光照射下非平衡载流子产生和复合过程中IT0/P3HT:PCBM混合膜的界面润湿性。不同光照时间下共混膜的表面物理化学变化可以直接用水滴在膜界面上的接触角来表征。讨论了水滴蒸发过程中载体寿命与水分子扩散特征时间的定量比较。建立了P3HT/PCBM界面水分子扩散的载流子寿命和特征时间。通过接触角的变化，阐明了载流子浓度、共混膜厚度和水分子扩散之间的竞争机制。

(4)为了实现上述界面润湿性的调节，构建了氧化铟锡/氧化锌/P3HT有机-无机复合界面结构，研究了光电转换过程中界面润湿性的变化。首先用水热法制备了取向的氧化锌纳米线阵列，然后用旋涂法构建了氧化铟锡/氧化锌/P3HT复合膜结构。紫外光在不同的时间照射到薄膜上。接触角测试法用于研究薄膜表面的润湿性是否发生变化。用原子力显微镜和XPS从物理和化学两个方面分析了润湿性变化的原因。

(2)本文的研究框架

本文的研究框架可以简单表达为:(略)

五、写作大纲

摘要

摘要

第一章导言

1.1导言

1.2有机半导体介绍

1.2.1有机半导体概述

1.2.2有机半导体的优缺点

1.3有机半导体薄膜界面的制备

1.4有机半导体界面的稳定性

1.5有机半导体界面的光电渗透调节

1.6混合和多层有机半导体界面的应用

1.7本文的意义和内容

第二章实验方法和技术

2.1导言

2.2接触角

2.2.1接触角的定义和基本理论

2.2.2接触角与润湿性的关系及影响接触角的因素

2.2.3接触角测试方法和测试系统

2.2.4接触角和接触角滞后的应用

2.3原子力显微镜

2.3.1原子力显微镜的原理和结构

2.3.2原子力显微镜的扫描模式

2 . 3 . 3 AFM的应用

2.4 x射线光电子能谱(xps)

2 . 4 . 1x光电子能谱的原理

2 . 4 . 2x光电子能谱的应用

第三章研究有机聚合物液滴蒸发和沉积的动力学。

3.1实验研究

3.1.1原材料和试剂

3 . 1 . 2 PCBM的溶解度

3.1.3实验过程和样品制备

3.2有机半导体分子溶液蒸发的动力学机制

3 . 2 . 1 P3HT聚合物溶液液滴的蒸发沉积模式

3 . 2 . 2 PCBM溶液蒸发液滴的不稳定性

3 . 2 . 3 PCBM溶液蒸发模式不稳定性的理论分析

3 . 2 . 4 P3HT/PCBM混合物的蒸发模式

3.3本章总结

第四章研究紫外光对有机薄膜P3HT/PCBM润湿性的影响

4.1实验研究

4.1.1实验材料

4.1.2样品和仪器的准备

4.1.3实验设备和分析仪器

4.2 .光电子产生、复合和润湿性的耦合机制

4.2.1光电子对静态接触角的影响

4.2.2界面物理形态对光照的响应及对润湿性的影响

4.2.3非平衡载流子扩散机制及渗透的影响

4.2.4光照对膜界面化学键和液滴接触角的影响

4.3本章总结

第五章研究紫外光对氧化锌/P3HT有机薄膜润湿性的影响

5.1实验研究

5.1.1实验试剂和仪器

5.1.2纳米氧化锌阵列与有机半导体P3HT界面的构建

5.1.3实验和分析仪器

5.2光照对有机薄膜氧化锌/P3HT润湿性的影响

5.2.1接触角变化

5.2.2表面粗糙度的影响

5.2.3表面化学性质的影响

5.2.4氧化锌/P3HT结构的紫外光可逆

5.2.5电子空空穴活性对渗透的影响

5.3本章总结

摘要

参考

谢谢你

六、本文的研究进展(略)

七、读过的主要文献

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