共轭聚合物发光和光伏材料的研究进展41759.pdf

1·46 · 高 　　分 　　子 　　通 　　报 2008 年 8 月 共轭聚合物发光和光伏材料研究进展 邹应萍 ,霍利军 ,李永舫 ( 中国科学院化学研究所有机固体重点实验室 ,北京 　100190) 　　摘要 :聚合物光电功能材料与器件因其广阔的应用前景 ,1990 年以年来吸引了世界各国学术界的广泛关注 和兴趣 。聚合物光电子器件主要包括聚合物电致发光二极管 、聚合物场效应晶体管和聚合物太阳能电池等 ,其 使用的关键材料是共轭聚合物光电子材料 ,包括共轭聚合物发光材料 、场效应晶体管材料和光伏材料等 。本文 主要对共轭聚合物电致发光材料和光伏材料的研究进展进行综述 ,介绍了这些聚合物材料的种类 、结构和性质 以及在聚合物电致发光器件和聚合物太阳能电池中的应用 。并讨论了当前共轭聚合物光电子材料中的关键科 学问题和今后的发展方向。 　　关键词 :共轭聚合物 ;聚合物发光材料 ;聚合物光伏材料 ;聚合物发光二极管 ;聚合物太阳能电池 引言 有机光电子学作为一个新兴的研究领域 ,历经了从设计和开发新型有机光电材料 、到有机薄膜器件 的研究、再到学术界和工业界广泛关注的发展进程 。目前 ,有机光电器件已经实现了无机半导体光电器 件的部分功能 ,有机电致发光二极管 、有机光伏电池 、有机场效应晶体管 、有机传感器 以及有机信息存 ( ) ( 储 ———呈现 如图 1 所示 ;而且 ,在某些方面已经体现出无机半导体器件无法比拟的优势 如轻 、薄 、柔性 ) 等 。其发展进程清楚地表明 ,这些器件的发现和发展强烈依赖于性能优异的有机光电子材料的发展 。 共轭聚合物光电子材料是有机光电子材料的重要组成部分 ,尤其是在可溶液加工的有机光电子材料方面 占有主导的地位[1～5 ] 。 共轭聚合物光电子材料与无机半导体材料相比另一个突出的特点是 、其光电性质容易通过简单的化 ( ) [6 ,7 ] 学修饰 即引入特定的官能团 进行改善和调节 ,从而可通过对材料的化学修饰来实现对器件的性能 控制 。 ( ) 本文将主要对共轭聚合物电致发光和光伏材料及其在聚合物发光二极管 PLED 和聚合物太阳能电 ( ) 池 PSC 中的应用进行综述 。PLED 和 PSC 这两种器件有一个共同的特点 ,都是一种能量转换器件 : PLED 是将电能转换成光能 ,而 PSC 是将光能转化成电能 。下面作者将首先介绍聚合物电致发光材料 ,然后对 聚合物光伏材料进行介绍 。 1 　共轭聚合物电致发光材料 ( ) 有机电致发光 Electroluminescence ,EL 是指有机材料在一定的电流或电场的作用下发光的现象 ,是 一个将电能直接转化为光能的过程 。基于无机半导体材料的 EL 器件制作成本较高 ,而且由于是点光源 很难实现大面积的平板显示 。PLED 具有低驱动电压 、超薄 、主动发光 、宽视角 、高清晰、响应速度快 ,工艺 简单的特点 ,成为有前途的下一代平板显示技术 。 ( ) PLED 具有简单的夹心式 三明治 结构 , 由透光 ITO 正极 、金属负极 、及夹在其间的聚合物发光层构 成 。其电致发光过程如图2 所示 ,涉及载流子的注入 、传输 、载流子复合产生激子 、激子复合发光等一系 列物理过程 。当在器件的两个电极上加上足够高的直流电压时 , 电子从低功函数的金属负极 、空穴从高 基金项 目: 国家自然科学基金项 目,编号 ; ( ) 作者简介 :邹应萍 1979 - ,女