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由于长期以来,有机材料被人们视为典型的绝缘材料,直到七十年代科学家们合成了导电聚合物,到现在其理论研究一直较为滞后。近年来,由于在发光二极管、光电池及晶体管等领域的广泛应用,有机半导体材料及其器件的实用化进程慢慢加快。有机电致发光材料作为最受重视的半导体材料极大地促进了有机半导体的研究。不断提高有机半导体的光电特性是人们不断追求的目标,为此研究人员采用多层的结构在有机电致发光器件中引入了电子传输层(ETL)和空穴传输层(HTL),形成多层的器件结构以使电子和空穴相对平衡,从而提高有机发光器件的迁移率、稳定性、有序性及效率。
有机电致发光材料的理论研究是一项重要而有意义的课题。有机电致发光包括载流子的注入、载流子的迁移、激子的产生、光子的发射等过程。理论研究中多采用Monte Carlo方法对其进行模拟,或者在不同的简化条件下得到相应情形的数值解,并从不同的角度借鉴无机半导体的理论。虽然很多理论模型都能对实验结果做出比较好的解释,但哪一种模型更符合实际目前还没有定论。
爱因斯坦关系作为联系载流子扩散运动和漂移运动的重要关系式,人们发现费米能级分布、载流子浓度、以及掺杂浓度等因素都极大的影响着其值,使其偏离经典的比值,本文基于Roichman等人的研究,论述无序有机半导体中的经典爱因斯坦关系适用范围及其局限性,爱因斯坦关系中的迁移率的影响因素,诸如化学势,载流子浓度等,并进一步探讨考虑静电势能存在时的爱因斯坦关系,并着重针对两种空穴型的聚合物进行数值计算分析。
我们得到的主要结果如下:
(1)在分析研究Yohai Roichman等人提出的完整爱因斯坦关系时,着重讨论了p型有机半导体材料中爱因斯坦关系与浓度以及爱因斯坦关系与化学势的制约关系,并对其给出简要的分析,爱因斯坦关系的完整表达式应当取代传统值。
(2)在简并情形下,由于半导体内部出现静电场,半导体中各处电势不相等,在考虑电子的能量时,必须计入附加的静电势能,从而提出了爱因斯坦关系与静电静势能的潜在关系且通过计算模拟来验证。
(3)根据以上提出的依附于静电势能的广义爱因斯坦关系(PDGER),分析了NRS-PPV和OC1C10-PPV两种材料的电学性质,用Matlab编程计算得出与应用传统爱因斯坦关系不尽相同的性质。这些模拟计算对后续理论和实验研究有一定指导意义。