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有机材料与无机材料组合构成的异质结构极大地促进了有机半导体领域的发展。选取恰当的有机材料作为无机材料电极与有机活性层之间的界面层可以实现高效的载流子提取和注入,从而获得低功耗、高效率的光电器件。有机/无机界面作为有机发光二极管和太阳能电池中载流子的提取和注入界面,其界面电子结构、能级排列、界面势垒、有机分子的偶极取向和几何取向对载流子传输具有决定性的作用。因此,深入研究和探讨有机分子在无机材料上的电子结构及载流子输运机制,对有机光电器件的进一步发展至关重要。 本论文主要利用光电子能谱 (XPS, UPS) , X 射线近边吸收精细结构能谱(NEXAFS)以及低温探针台等实验技术,深入研究了有机/无机界面电子结构及载流子的传输机制。首先,选取极性绝缘体聚合物聚乙烯亚胺(PEI)和乙氧基化的聚乙烯亚胺(PEIE)作为有机界面层材料,通过改变聚合物溶液的浓度研究了不同厚度聚合物分子在各种无机基底上(ZnO, ITO, Au, MoO3)的成键态和电子结构。研究发现,两种绝缘体聚合物分子在不同无机界面上偶极取向具有一致性,通过对XPS结果对比分析,对界面层的作用机制提出了新的解释。 其次,为进一步探究PEI和PEIE对载流子传输的影响,我们选取低功函数材料 ZnO 作为基底,窄带隙材料 C60作为电子受体,对 C60/ZnO,C60/PEI/ZnO, C60/PEIE/ZnO 三种界面电子结构和能级排列进行了研究。C60的 LUMO 钉扎消除了界面注入势垒对载流子传输的影响。对ITO/ZnO/(none, PEI, PEIE)/C60/Al三种单电子器件载流子行为研究发现,PEI和PEIE绝缘电介质的引入,使器件中界面上电荷积累显著增强,在有电势降落时,电子可通过隧穿效应实现高效率传输。进一步研究发现,PEI界面偶极大于PEIE,使得PEI更利于电子从电极注入,PEIE更利于电子向电极提取。 最后,对SubPc在ZnO和Cs2CO3基底上的分子几何取向及电子结构进行了研究。利用NEXAFS对SubPc/Cs2CO3,SubPc/ZnO两种界面测量发现5 nm的SubPc在两基底上均为平躺的几何取向。对于有机太阳能电池,这种分子几何取向有利于光的吸收,从而在分子层面提高器件的功率转换效率。