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作为有机光电材料的两个重要应用领域,有机信息存储材料和有机光伏材料的研究受到广泛关注。开发性质优良的有机分子材料是设计开发新型、高效有机光电功能器件的基础,对提高分子器件的性能具有重要意义。本论文从分子设计和器件构筑的角度出发,开展了以下工作:
1、设计合成了含三苯胺功能基团的聚酰亚胺MTPA-PI,并以此作为功能材料构筑电学器件,研究了其电存储方面的性能。研究发现,当电学器件的结构(尤其是电极材料)不同时,其开关特性也不同,预示存在着不同的开关机理:当为ITO/MTPA-PI/Al结构时,器件可以负向打开,正向关闭,开关比可达104,分析发现电荷的trapping-detrapping过程是器件能发生开关态过程的关键。当为Al/MTPA-PI/Al结构时,器件可单向打开和关闭,并有着更高的开关比(109),分析其机理为形成了导电细丝。同一材料不同的开关机理为进一步通过改变器件结构优化器件性能提供了有价值的参考。
2、设计合成了含光响应基团吲哚啉螺吡喃的聚酰亚胺PI-SP,并实现了光电双模式存储。在电存储方面,Al/PI-SP/Al器件可以实现单向的写入读出,开关比为104,但该存储器不能擦除,是写一次读多次型存储器(WORM)。此外,PI-SP分子可实现光致变色反应,无论在溶液中还是固态膜上,PI-SP均可发生可逆的开闭环反应,利用开闭环体的不同吸收光谱可实现光学存储。PI-SP光电双模式存储为发展聚合物多模式存储材料提供了一种思路。
3、采用具有宽吸收光谱的用于染料敏化电池的染料BzTCA做为电子给体,PCBM(6,6-苯基-C61丁酸甲酯)作为电子受体,通过共混构筑成异质结有机太阳能电池,并实现了1.23%的转化效率。电池的IPCE显示在445 nm和605 nm的转化峰和BzTCA的吸收光谱位置几乎重合,说明电池的光电转换主要来自于BzTCA的光致激发。
4、采用P3HT(聚3-己基噻吩)作为空穴传输材料构筑了固态染料敏化电池。研究发现,采用大颗粒TiO2(60 nm)制备的电池呈现出更高的光电转化效率,这可能得益于大颗粒TiO2对P3H工具有良好的渗透性。研究还发现,从电池的单色光光电转化效率来看,P3HT也起到了吸光产生光电子的作用,与吸附的染料起到双重敏化的作用。这为开发基于P3HT为空穴传输材料的固态染料敏化电池提供了有益的思路。