(完整版)光电材料

目录目录-------------------------------------------------------------------------------------------11前言-----------------------------------------------------------------------------------------22有机光电材料------------------------------------------------------------------------------22.1光电材料的分类---------------------------------------------------------------------22.2有机光电材料的应用----------------------------------------------------------------32.2.1有机太阳能电池材料---------------------------------------------------------32.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池---------------------------------------42.2.3有机生物化学传感器---------------------------------------------------------42.2.4有机光泵浦激光器-----------------------------------------------------------42.2.5有机非线性光学材料---------------------------------------------------------52.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料----------------------------------52.2.7聚合物光纤-------------------------------------------------------------------62.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系---------------------------------------62.2.9有机光电导材料-------------------------------------------------------------62.2.10能量转换材料--------------------------------------------------------------72.2.11染料激光器-----------------------------------------------------------------72.2.12纳米光电材料--------------------------------------------------------------73光电转化性能原理-------------------------------------------------------------------------74光电材料制备方法-------------------------------------------------------------------------84.1
激光加热蒸发法-------------------------------------------------------------------84.2
溶胶-凝胶法----------------------------------------------------------------------84.3
等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------94.4
激光气相合成法------------------------------------------------------------------95光电材料的发展前景----------------------------------------------------------------------101前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。通常是富含碳原子，具有大π键共轭键的有机小分子和聚合物,与无机光电材料相比，有机光电功能材料可以实现大面积制备和柔性期间制备；具有多样化的结构组成和更宽广的性能调节空间，可以进行分子设计来获得所需要的性能，并通过自组装的方式制备分子级甚至纳米级别的器件；材料密度小，价格低廉且结构易修饰强。成为了全球新材料、新能源和电子信息领域最富活力的前沿领域之一。2有机光电材料2.1光电材料的分类2.1.1
按用途分类①光电转换材料:根据光生伏特原理,将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料.目前,小面积多结GaAs太阳能电池的效率超过40%.②光电催化材料:在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料.它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行.2.1.2
按组成分类①有机光电材料:由有机化合物构成的半导体光电材料.主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等。②无机光电材料:由无机化合物构成的半导体光电材料.主要包括Si、TiO2、ZnS、LaFeO3、KCuPO4
6H2O、CuInSe2等。③有机-无机光电配合物:由中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物.主要有2,2-联吡啶合钌类配合物等.2.1.3
按尺度分类①纳米光电材料:是指颗粒尺度介于1—100nm之间的光电材料.②块体光电材料:是指颗粒尺度大于100nm的光电材料.2.2有机光电材料的应用光电材料的研究应用已经在太阳能电池、光电开关、图象记录、光存储、以及光催化合成、环境保护等各方面取得了重要的进展,为太阳能及其它光能的利用开辟了广泛的途径.2.2.1有机太阳能电池材料有机太阳能电池是20世纪90年代在导电聚物发现的基础上发展起来的新型光伏产品，有机光伏材料包括多种有机高分子材料和有机小分子材料，用于太阳能电池的阳极缓冲层、给体、受体、阴极修饰层、电极等不同功能结构中,目前已经发现的导电高分子材料有聚乙炔（PA）聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚对苯乙烯(PPV)、聚苯胺(PANI)及其各类衍生物。2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池有机电致发光二极管，简称OLED,它是一种在电场下有机共轭化合物被激发并辐射出可见光的元件。OLED的发光过程大致可以分为以下几个步骤:载流子注入;载流子输运;载流子相互俘获形成激子;激子迁移并衰减驰豫;光子输出。发光电化学池，简称LEC，则依赖于另一种发光机制，一般的LEC器件发光层是由两种聚合物共混而成的聚合物薄膜。其中一种聚合物是发光二极管中常用的发光聚合物,另一种则是具有离子传导特性的聚合物。2.2.3有机生物化学传感器由于有机P-π共轭分子具有可见区的荧光性质,因此可以用来作为生物或化学的传感器。通常的策略是利用检测物对有机共轭分子荧光的淬灭行为,从而能够很直观地判断检测物的存在。一般而言荧光淬灭的机理主要是有机共轭分子的激发态与检测物的能级之间存在的能量转移或电子转移,使其激发态失活而不能发生荧光过程所致。2.2.4有机光泵浦激光器与无机材料相比,有机半导体激光材料更近似四能级系统,这使其吸收峰与发射峰偏离较大,自吸收引起的损耗比较小,有机材料带间直接跃迁具有很大的相交密度,因而通常具有大的受激截面,其受激辐射相对于自发辐射占有明显优势。在较低的光泵浦能量作用下就可以实现粒子数反转,从而具有了产生激光辐射的先决条件之一.1992年,已成功使用液体染料激光器在共轭聚合物(MEH-PPV)上产生激光。1996年初,又首次使用固态共轭聚合物(如PPV及其衍生物)实现了光泵浦激光;而几乎同时,剑桥大学卡文迪许实验室也在一个非掺杂共轭聚合物微腔激光器结构上获得了光泵浦绿色激光,从而正式揭开了有机激光研究的大幕。到目前为止,红绿蓝三种波段的固态有机半导体光泵浦激光器都已经实现,性能也得到了大幅的提高。2.2.5有机非线性光学材料有机非线性光学材料的发展是建立在激光技术的应用之上的。根据光波的电磁理论,组成介质的分子、原子或离子的运动状态和电荷分布等都要发生一定形式的变化,从而形成电偶极子并产生电偶极矩,即介质被光波诱导产生了极化。其具体应用也非常广泛,如光限幅器、倍频转换以及电光调制解调器和电光开关等。2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料在激光辐照下材料折射率发生变化的现象称为光折变,在激光均匀照射下折射率变化会消除.利用这种作用能实现用激光对聚合物材料折射率调制而记录信息,折射率变化消除过程就成了光信息的擦除.光折变聚合物材料可用于全息存储、光学图像处理和光学相位共扼等.有机固体信息存储材料是指能制成具有信息写人、读取和擦除等功能器件的材料,它具有存储密度高、体积小、品种多、易制备、价格低的特点.可分为光致变色、光折变、光化学或光物理光谱烧孔等类型.有机光致变色分子存储原理有:分子内或分子间氢转移,如水杨醛缩苯胺类化合物;二聚反应;顺反异构,如烯烃、偶氮类及靛类化合物;电荷转移;苯酚酒昆转变等。有机光致变色存储材料主要有:俘精酸醉、叫噪琳唾喃、螺毗喃、二芳基乙烯和聚丁二炔,存在的问题有稳定性、抗疲劳性和组份相容性等。2.2.7聚合物光纤塑料光纤的优点是柔软性好、易加工,但在光传输损耗和耐热性方面比石英光纤差,适用于短距离通讯,世界上非常重视塑料光纤在医院及其他局域网短距离信息传输中的应用,对下世纪光纤人户具有重要意义。2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系光刻胶主要用于大规模集成电路,在光照下,光刻胶发生交联或降解,使溶解度降低(称正一性光刻胶)或提高(负性光刻胶).其分辨力是集成电路集成度的关键.激光技术的发展带来对激光光敏材料的需求.光敏材料的研究转向适合不同激光源的引发体系或分解体系,一般感光高分子体系只对紫外光敏感,在敏化光引发聚合体系感光范围与激光光源匹配的研究已寻找到多种引发体系如染料与胺类复合体系、方酸或著增感剂、光酸等。2.2.9有机光电导材料在受光辐射时,具有电导率增加效应的材料称为光电导材料,一般将具有光电导效应的有机化合物类与高分子类通称为有机光电导材料.光激发下光电导材料产生电子、空穴载流子后，在外加电场作用下，电子移向正极，空穴移向负极，因而在电路中有电流流过。光电导体可将光信号转换成电信号,即将光能转换成电能,通过增感,光电导材料的响应光波长可调,如聚乙烯咔哇与三硝基药酮混合后,响应波长从紫外区移至可见区。2.2.10能量转换材料①隐身材料:雷达隐身最为重要,有机隐身材料分为导电聚合物、席夫碱盐和有机金属络合物等.导电高聚物微波吸收剂材料有望用作隐身战斗机和侦察机的蒙皮,这类吸波材料是以电磁损耗原理来消耗电磁波能量.②光一电转换材料:纳米多晶光电转换材料、染料光敏材料、有机超导体、有机铁磁性材料、有机压电材料、有机铁电体材料、有机液晶材料、有机分子器件如分子开关、分子导线等方面。2.2.11染料激光器功能染料在高技术中的最早应用是作为激光染料。染料激光器是一种以染料为工作介质,将染料受激辐射所产生的光辐射,沿某一特定方向反复传播、放大,使之形成一束强度大、方向集中的光束光电发生装置。2.2.12纳米光电材料纳米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。3光电转化性能原理光作用下的电化学过程即分子、离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程.当一束能量等于或大于半导体带隙(Eg)的光照射在半导体光电材料上时,电子(e)受激发由价带跃迁到导带,并在价带上留下空穴(h+),电子与空穴有效分离,便实现了光电转化.大于或等于带隙宽度的光的