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随着人们对柔性、全透明、可移动电子器件的追求,有机半导体以其生产成本低、加工工艺简单、与现代打印/印刷工业化生产方式相兼容等优点备受大家关注。近年来,通过合成新的高性能半导体材料,优化器件结构及制备方法等手段,有机场效应晶体管和有机聚合物太阳能电池取得了巨大的进展。但目前为止,有机半导体器件的性能普遍低于无机半导体,且对于载流子的传输机制的认知有待于提高。实验研究表明,器件的性能与半导体薄膜的分子结构及薄膜形貌密切相关,通过优化半导体薄膜的分子取向及形貌可实现对器件能的优化。基于上述思想,首先,本文通过对旋涂沉积的PDPP2TBT薄膜进行强(静)磁场下溶剂蒸汽退火(SVA)处理并探究对薄膜中载流子传输性能的影响,实现半导体聚合物PDPP2TBT分子链取向和薄膜结构的调控;其次,我们采用溶液相加工法,在绝缘性聚合物基体中加入少量的半导体PDPP2TBT制备共混薄膜,研究其薄膜结构和光电性能;然后,我们在二元体相异质结PBDB-T:BT-CIC中加入不同含量的给体材料PTB7-Th,对体相异质结的薄膜结构及形貌进行调控,探究其三元体系聚合物太阳电池的光伏性能;最后,我们采用溶剂退火及磁场诱导对旋涂制备的全聚合物光活性层薄膜的结构进行初步的调控。取得如下主要研究结果:1.通过强磁场诱导生长,实现对半导体聚合物薄膜结构的可控调控。针对先前强磁场下滴涂制备的取向薄膜存在厚度和形貌不均一的问题,我们首次提出并采用了强磁场下溶剂蒸气退火(SVA-HMF)的策略,实现了对溶液旋涂法沉积的PDPP2TBT薄膜分子取向和形貌的调控,制备了高度取向、形貌均一的半导体聚合物薄膜。发现聚合物链骨架取向方向与SVA-HMF过程中所加磁场的方向高度一致,并且薄膜具有很高的结晶性。我们对SVA-HMF链取向机理进行了初步的探讨,认为薄膜在溶剂蒸气中溶胀,产生大量小尺寸的聚合物链聚集体诱发了分子链和薄膜在磁场中的取向。我们利用取向的PDPP2TBT薄膜制备了底栅/底接触及顶栅/底接触场效应晶体管(OFET)器件。发现相比于溶液旋涂法制备的各向同性薄膜,取向薄膜器件的空穴迁移率有高达6倍的提高(达1.56 cm2/Vs),迁移率各向异性为3.0,且顶栅/底接触器件呈现明显的双极性传输特性。为深入认识载流子传输机制,我们测量了载流子迁移率随温度的变化关系,结果表明,取向薄膜中载流子hopping运动的热活化能相比未取向薄膜有显著的降低。这表明,磁诱导取向引起的聚合物链骨架沿取向方向的伸展以及分子链间堆垛有序度的增强,导致在取向方向上形成快速的intra-chain电荷传导通路。由于SVA-HMF方法与常规的半导体器件制作工艺很好的兼容,因此有望成为提升有机半导体光电性能的简便有效的途径。2.将窄带隙半导体聚合物PDPP2TBT与低成本绝缘聚合物聚苯乙烯(PS)共混,制备共混薄膜的OFET器件。研究发现,该共混薄膜的透光性随着半导体含量的减少而增强;当半导体聚合物含量低于5.0%时,在可见光区域透光性接近100%,可用于制备全透明电子器件。我们系统地研究了PDPP2TBT/PS共混薄膜OFET器件的载流子迁移率、电流开关比(Ion/Ioff)和接触电阻随PDPP2TBT的变化关系。结果表明,在半导体PDPP2TBT含量在0.5-1.0wt.%区间时,器件性能参数明显优于纯相PDPP2TBT器件。迁移率达到0.63 cm2/Vs,开关比高达106,阈值电压趋近于0。通过AFM等薄膜结构表征发现,超低半导体含量的共混薄膜器件呈现的优异电荷传输性能,主要归因于随着绝缘体PS的加入,在共混薄膜基体中形成互联的、由PDPP2TBT链聚集体构成的纳米网状结构。这一网状结构形成快速的intra-chain电荷传导通路。我们的工作对发展低成本高性能透明电子器件具有重要的借鉴意义。3.通过在非富勒烯二元体系PBDB-T:BT-CIC中添加第二种给体材料PTB7-Th,制备三元聚合物太阳电池。发现其能量转换效率(PCE)优于二元体系太阳电池,短路电流密度、填充因子有明显的提高。当给体PTB7-Th的含量占给体总量的20wt.%时,器件PCE高达11.85%。通过对光吸收、薄膜结构形貌以及器件电学性质的测量表征发现,电池光电转换效率的提升来源于:1)三元的光活性层对太阳光光谱的吸收范围有明显的拓宽;2)通过PTB7-Th的添加优化活性层的相分离形貌,从而提高光生载流子的传输能力。4.对于全聚合物太阳电池,体相异质结结构的光活性层中聚合物给体/受体的分子取向和堆积有序对界面电荷分离和载流子传输过程有重要的影响。我们选用P型聚合物PBDB-T为给体、N型聚合物P(NDI20D-T2)为受体制备全聚合物基太阳电池。首先,通过改变给体/受体的重量比、添加剂及溶剂等条件对二元全聚合物光伏器件进行性能优化,器件的能量转换效率达到4.93%。并且通过对溶液旋涂沉积的PBDB-T:P(NDI20D-T2)光活性层进行静磁场及溶剂退火,实现了大面积高度取向的薄膜结构,体相异质结薄膜的结晶有序度也得到提高,这将对全聚合物电池中激子分离和复合、光生载流子的传输与收集以及最终的光伏效率产生重要影响。