【精品课件】有机光电功能材料
有机光电功能材料讲座第三讲121页PPT
Functional Materials
Magnetic materials Semiconductor spintronics Fuel cells and related technologies
Terahertz technologies （太赫，相当于百亿赫）
Piezoelectric, pyroelectric and ferroelectric materials Gallium nitride materials, devices and applications DNA nanofabrication Direct write materials Organic polymer electronics – the next revolution
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塑料晶体管
Printable transistor and its building blocks
7
Highlight in materials science
The smallest T.V. screen in the would.
8
有机电子学 Organic electronics
Organic Light Emitting
12
Nano-Materials 纳米材料
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New Foresight Report on Functional Materials
Six new foresight reports have been published by the IOM's Foresight Materials Panel, including "Functional Materials - Future Directions" and, "Smart Materials for the 21st Century". NPL have contributed to the Functional Materials report which includes recommendations on the following areas -
07-1有机光电功能材料讲座
O O C O C R
1
R2
Spontaneous
R2
CO2 +
O
C* R1
Light
Luciferase (Firefly enzyme) 虫荧光素酶
Luciferin (firefly)
N S
“Glowing” Plants
Luciferase gene cloned into plants
两种不同纳米线的 交叠，形成p-n结 而构成的纳米LED.
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塑料晶体管
Printable transistor and its building blocks
7
Highlight in materials science
The smallest T.V. screen in the would.
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材料科学的发展与进步
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材料科学的发展与进步
材料和材料科学: 人们因劳动生产而需要材料。
材料的应用, 代表着一个时代的标志和进步。
人类从石器时代—青铜器时代—铁器时代的演变, 经历 了漫长的岁月。Leabharlann 17材料科学的发展
材料 —— 功能材料 ——光电功能材料
高分子材料 —— 功能高分子材料 ——光，电功能高分子材料
HO
S N O
HO
11
Future direction of functional materials 功能材料的新书
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Nano-Materials 纳米材料
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New Foresight Report on Functional Materials
有机光电材料.课件
02
有机光电材料的特性
光学性质
吸收光谱
有机光电材料能够吸收特定波长的光，表现 出不同的吸收光谱。
荧光光谱
有机光电材料在受激发后能发射荧光，荧光 光谱是其重要特性之一。
发光效率
有机光电材料的发光效率高，能够在较低的 驱动电流下实现较高的亮度。
稳定性
有机光电材料的光稳定性较好，不易因光照 而分解或变色。
05
有机光电材料的挑战与前 景
面临的挑战
稳定性问题
效率提升
有机光电材料在光照、氧气和湿度等环境 因素下容易发生降解，导致性能下降。
目前有机光电材料的效率相较于无机材料 还有待提高，尤其是在光伏和LED等领域。
大规模生产
生物相容性和安全性
实现有机光电材料的大规模生产和应用， 需要解决工艺和成本等方面的问题。
跨学科交叉研究
结合生物学、化学、物理学等多学科知识，拓展有机光电材料在生物 医学、能源和环境等领域的应用。
工艺优化和成本降低
优化有机光电材料的制备工艺，降低成本，推动其大规模生产和应用 。
06
有机光电材料的实际应用 案例
有机发光二极管显示屏
总结词
有机发光二极管显示屏是利用有机光电 材料制成的显示技术，具有轻薄、可弯 曲、低功耗等优点。
详细描述
有机非线性光学材料具有较高的非线性系数和较短的响 应时间，能够实现高速、高效的光信号处理。在光通信 中，可以利用有机非线性光学材料实现光信号的调制、 解调、倍频等功能，提高通信容量和传输速度。
有机场效应晶体管在电子书中的应用
总结词
有机场效应晶体管是一种利用有机光电材料 制成的电子器件，具有高开关比、低噪声等 优点，被广泛应用于电子书等便携式电子产 品中。
(完整版)光电材料
(完整版)光电材料-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN目录目录 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1前言--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2 有机光电材料 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32.1光电材料的分类------------------------------------------------------------------------------------------- 32.2有机光电材料的应用 ------------------------------------------------------------------------------------ 42.2.1有机太阳能电池材料 -------------------------------------------------------------------------- 42.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池---------------------------------------------------- 52.2.3有机生物化学传感器 -------------------------------------------------------------------------- 52.2.4有机光泵浦激光器------------------------------------------------------------------------------ 52.2.5有机非线性光学材料 ------------------------------------------------------- 62.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料--------------------------------- 62.2.7聚合物光纤 ----------------------------------------------------------------- 72.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系-------------------------------------- 72.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------ 72.2.10 能量转换材料 ------------------------------------------------------------- 82.2.11 染料激光器---------------------------------------------------------------- 82.2.12 纳米光电材料 ------------------------------------------------------------- 83 光电转化性能原理-------------------------------------------------------------------------- 84 光电材料制备方法-------------------------------------------------------------------------- 94.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------ 94.2 溶胶-凝胶法---------------------------------------------------------------------- 94.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD） ---------------------------------------- 104.4 激光气相合成法----------------------------------------------------------------- 105 光电材料的发展前景 ---------------------------------------------------------------------- 111前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
有机光电材料
电子导电高分子的特点： 高分子链上有共轭π键
n 聚乙炔
Nn 聚吡咯
Sn 聚噻吩
n 聚对苯
CH CH n
聚苯乙炔
NH n
聚苯胺
结构特点
纯净的电子导电聚合物本身导电率并不高，必 须经过掺杂才具备高的导电性。
掺杂是向空轨道注入电子，或是从充满轨道拉 出电子，改变π电子能带的能级，出现半充满能带， 减小能量差，减小电子或空穴迁移的阻力。
太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是 一种光能转变为电能的器件，用适当的光照在上 边之后器件两端会产生电动势。
典型的太阳电池是一个p-n结半导体二极管。 ◆ p-n结的形成过程(N型半导体中含有较多
的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样， 当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触 面形成电势差，这就是P-N结)。
有机电致发光的研究历史
(1) 1963年Pope等发现有机材料单晶蒽的电致发光现象； (2) 1977年Chiang等发现具有高度共轭结构聚乙炔的导电特性； (3) 1982年Vincett将有机电致发光的工作电压降至30V； (4) 1987年Tang等人首先报道8一羟基喹啉铝薄膜的电致发光； (5) 1990年Friend等报告在低电压下高分子PPV的电致发光现象； (6) 1992年Heeger等发明用塑料作为衬底柔性高分子电致发光器
无机：这种无机原料太阳能电池造价昂贵，因而 与其他一些能源发电比起来缺乏竞争力 。(纵 然如此研究者也不在少数)
有机：未来太阳能电池的主流发展方向强调的 是更轻便、更灵活，最重要的是，更便宜。因 而目前 有机太阳能的现状是：研究机构纷纷投 身研究有机太阳能，企业也纷纷涉足有机太阳 能。
光电功能材料课程 ppt课件
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的， 若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为 2′10-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这 些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动 形成各种形状（如立方八面体，十面体等），它 既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固 体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿 佛进入了"沸腾"状态，尺寸大于10纳米后才看不 到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳 定的结构状态。
所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观察原子、 分子以及纳米粒子的相互作用与特性。
所谓“手”，是指SPM可用于移动原子、构 造纳米结构，同时为科学家提供在纳米尺度下研 究新现象、提出新理论的微小实验室。
同时，与纳米材料和结构制备过程相结合， 以及与纳米器件性能检测相结合的多种新型纳米 检技术可用于操纵单个生物大分子。
三、纳米的奇异特性
纳米颗粒的线度是1-100nm， 它可以是单个颗粒，也 可以是微粒的集合体。构成它的物质可以是元素， 也可以是化合物。由于纳米颗粒的线度介于微观的 原子，分子，和宏观物体之间，其结构和特性既不 同于微观的原子核分子，也不同于宏观物体，具有 独特的特性。
①表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积
纳米材料是纳米科技发展的重要基础。纳米材料是 指材料的几何尺寸达到纳米级尺度，并且具有特殊性能 的材料。其主要类型为：纳米颗粒与粉体、纳米碳管和 一维纳米材料、纳米薄膜、纳米块体等。纳米材料结构 的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效应(小尺寸效 应、界面效应、量子效应和量子隧道效应)]决定了纳米 材料出现许多不同于传统材料的独特性能，进一步优化 了材料的电学、热学及光学性能。对于纳米材料的研究 包括两个方面：一是系统地研究纳米材料的性能、微结 构和谱学特征，通过和常规材料对比，找出纳米材料特 殊的规律，建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论； 二是发展新型纳米材料。目前纳米材料应用的关键技术 问题是在大规模制备的质量控制中，如何做到均匀化、 分散化、稳定化 。
有机光电功能材料
有机光电功能材料
有机光电功能材料是一类具有光电转换功能的材料，它们能够将光能转化为电能，或者将电能转化为光能。
这类材料在光电器件、光伏发电、光电传感器等领域具有广泛的应用前景。
有机光电功能材料主要包括有机光伏材料、有机光电器件材料、有机光电传感材料等。
有机光伏材料是一类能够将光能转化为电能的材料，它们通常由有机半导体材料构成。
有机半导体材料具有较宽的带隙，能够吸收可见光甚至红外光，将光能转化为电子激发，从而产生电流。
有机光伏材料具有柔性、轻薄、成本低廉等优点，适合于大面积、柔性应用，因此在太阳能电池、光伏发电等领域具有广泛的应用前景。
有机光电器件材料是一类能够将电能转化为光能的材料，它们通常由有机发光材料构成。
有机发光材料具有发光效率高、发光颜色丰富、制备工艺简单等优点，适合于显示器件、照明器件等领域的应用。
目前，有机发光二极管（OLED）已经成为一种重要的显示器件，广泛应用于手机、电视等领域。
有机光电传感材料是一类能够将光信号转化为电信号或者将电信号转化为光信号的材料，它们通常由有机半导体材料构成。
有机光电传感材料具有响应速度快、灵敏度高、制备工艺简单等优点，适合于光电传感器、光通信器件等领域的应用。
有机光电传感材料在信息技术、通信领域具有重要的应用价值。
总的来说，有机光电功能材料具有广泛的应用前景，能够推动光电器件、光伏发电、光电传感器等领域的发展。
随着材料科学、光电技术的不断进步，相信有机光电功能材料将会在未来发挥越来越重要的作用。
有机光电材料.
导电高分子
导电高分子
高分子本身具备传 输电荷的能力
复合型导电高分子
本征导电高分子（结构导电高分子）
电子导电聚合物
离子导电聚合物
氧化还原型导电聚合物
载流子?
导电的基本概念
载流子 材料在电场作用下能产生电流是由于介质中存 在能自由迁移的带电质点，这种带电质点被称为 载流子。 常见的载流子包括：自由电子、空穴、正负离 子，以及其它类型的荷电微粒。
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学 家Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
导电高分子
迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得
较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯
撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。 其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电 导率可达5×103～104Ω-1· cm-1（金属铜的电导率105Ω1· cm-1）。但是其环境稳定性问题至今解决不好，影 响了其使用。环境稳定性好的聚苯胺、聚吡咯（德 国BASF公司已批量生产）、聚噻吩目前成为导电高 分子的三大品种。
有机光电材料
主讲人：牛小玲
有机光电材料的概念及类型
有机光电材料： 指具有光电转换功能的有机材料；及具有光、 电特性的有机材料。也指用于制造各种光电设备的材 料。 光能 电能 本次介绍的有机光电材料： (1)导电高分子材料 （复印机的原理） (2)光电转换材料 （太阳能电池、红外探测器） (3)电致发光材料 (LED 显示器） (4)液晶 （电光、光色效应）
导电高分子
聚合物是分子型材料，原子与原子间通过共享价 价电子只能在分子内的一定范围内自由迁移，缺
电子形成共价键而构成分子，共价键属于定域键，
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有机导电材料
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学家 Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1977年，发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性
目前已发现的具有导电功能的有机高分子材料有：聚乙 炔（PA）、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚对苯乙烯(PPV)、 聚苯胺(PANI)以及他们的衍生物。
目前有机太阳能电池的光电转换效率已经达到10%。
Nature Materials 2009(8):208-211
有机太阳能电池优点：
1、制备工艺简单，廉价； 2、制造面积大； 3、良好柔韧性等。
OLED显示技术
OLED，即有机发光二极管。不同于传统的需背光灯 的LCD显示方式，它是通过有机材料自身发光来达到显 示目的。因而它能显著的节省电能。
降低光伏电池成本主要有三条途径：
1、提高光电转换效率：减少缺陷、背电极、钝化、 减反层等；
2、寻找廉价光伏材料：化合物半导体、染料敏化 TiO2、有机半导体等；
3、改善太阳能电池结构。
通过改善结构降低光伏电池成本的方法：
Fermi-golden rule
Science 2008(321):226-228
其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中 是最高的，达到了105S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率。
有
1、能源（二次电池、太阳能电池、固体电池）
机
2、光电器件
导 电
3、晶体管
材
4、发光二极管
料 的 应
5、传感器 6、电磁屏蔽
用
7、隐身技术等等
三、我们实验室能做的工作
太阳能电池方面
OLED显示器被公认为是下一代显示产品，有些人认为 在三五年后将取代目前的液晶，LED背投等显示器，而成 为市场上的主要产品。
OLED的优点： 1．厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻； 2．固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔； 3．几乎没有可视角的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍不失真； 4．响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象； 5．低温特性好，在零下40度时仍能正常显示，而LCD则无法做到； 6．制造工艺简单，成本更低； 7．发光效率更高，能耗比LCD要低； 8．能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。
1、稀土掺杂的防反膜层 2、稀土掺杂有机半导体
白茹，浙江大学博士学位论文
Polyhedron 1997,16(7):515-520 Nature Materials 2009(8):208-211
OLED全色显示方面
独立发光材料法
光色转换法
彩色滤光膜法
有机太阳能电池
有机太阳能电池是指由p型有机半导体材料（如：酞菁类）和n型有机半导体材 料（如：吡啶．花酰亚胺）形成的异质结，在太阳光的照射下，在异质结里形成 激子，当两种有机半导体材料的能级差大于激子的结合能时，激子在界面处分离， 并分别移向两端电极，形成电流。
MRS Bulletin 2008,33(7):670-675
有机光电功能材料
目录
1
背景
2 有机光电功能材料的应用 3 我们实验室能做的工作
一、背景
传统化石能源枯竭 金属矿物质枯竭
当今世界面临的两大危机
有
机
新能源，新材料的开发
光
电
解决方案
功
能
节电、节材器件的开发
材
料
二、有机光电功能材料的应用
太阳能光伏器件
太阳能的优点：清洁、不受地域限制、能量巨大、用之不竭等等。 光伏专家的宏伟设想：光伏建筑。
光伏电池
化合物半导体
硅系
光化学类
有机半导体
纳
单 多非
米
晶 晶晶
硅 硅硅
等
酞 聚聚 菁 苯对 类 胺苯
类乙 炔
TiO2
CuInSe2 CdTe GaAs
成本是限制太阳能光伏电池普及的主要因素。一般认 为当光伏电池成本达到1美元/峰瓦才能与传统能源竟争。 但是目前市场上光伏电池的主要产品——硅系太阳能电 池因其苛刻的生产工艺，使得生产成本一直居高不下， 大约在5-8美元/峰瓦左右。人们不得不寻求其它廉价光伏 器件。