非连续去润湿方法制备有机半导体微/纳米结构及在高效有机光电器件中的应用

有机半导体的微/纳米结构能够有效地消除晶界，减少电荷陷阱密度,极大地提高器件性能。将微/纳米结构与器件制备相结合，可以满足对器件小型化和集成化的要求。本项目针对有机光电材料易于溶液加工的特点，拟将非连续去润湿方法用于形状尺寸可控的高取向有机微/纳米结构的定位生长。通过原位在线地观测有机半导体溶液的动态非连续去润湿过程，建立溶液在大面积带有微/纳米图案的凹凸模板上的运动、断裂形成液滴以及液滴在图案内收缩和干燥过程的模型，从而揭示有机光电材料性质、溶剂、模板性质、图案尺寸、环境蒸汽压及温度等因素对非连续去润湿的影响规律。同时本研究将探讨尺寸效应、模板侧壁与边缘角的界面效应、溶剂效应等因素对有机光电材料结晶类型和结晶取向等凝聚态的调控作用，为制备稳定的高取向有机微/纳米晶体结构奠定基础。并将发展的非连续去润湿方法应用于高性能有机光电器件的制备，为发展适宜于未来塑性器件卷帘式加工提供新思路。

有机半导体微/纳米结构为阐明半导体中载流子输运机制，理解有机半导体材料结构与性能关系和观察本征传输现象提供了理想模型。同时，利用有机微/纳米结构满足了器件小型化和集成化的趋势。本项目利用了非连续去润湿方法的优点，在聚合物模板上实现了大面积定位生长具高取向性的形状、尺寸可控的有机微/纳米结构，并以此为基础制备了高性能微/纳米有机半导体器件。同时通过溶剂蒸汽处理等方法对有机材料的凝聚态结构的进行了调控。.1.对非连续去润湿的形成有机半导体微/纳米结构动力学进行了系统的研究，获得了有机半导体溶液在模板上的接触角、有机半导体溶液的性质、聚合物模板的表面拓扑结构、溶剂饱和蒸汽压、环境蒸汽压等因素对非连续去润湿的影响，为形成高质量微/纳米结构奠定理论基础。并制备了有机半导体蒽、红荧烯、富勒烯衍生物PCBM、并五苯、聚噻吩的微/纳米结构。.2. 通过剂蒸汽退火法对有机小分子半导体凝聚态的进行调控，制备了有机半导体单晶。同时对退火所用溶剂的溶解度、蒸汽退火的环境温度和聚合物介质的引入等影响因素进行了讨论。研究发现，剂蒸汽退火过程中随着退火溶剂对有机半导体的溶解度增大，得到的晶体尺寸也随之增大；此外，当退火温度升高，晶体生长速度加快，但当温度接近溶剂蒸汽的沸点时，晶体极易产生缺陷；聚合物的引入可以大大促进结晶进程，并且生长得到的有机半导体单晶缺陷更少，尺寸更大。.3. 聚合物辅助溶剂蒸汽毛细力刻蚀法制备大面积、尺寸可控、高取向的有机半导体单晶图案。该方法是在有机蒸汽的作用下，直接利用硅模板的图案限制有机小分子半导体和聚合物的运动，包含了毛细力驱动聚合物和有机小分子半导体熔融体填充模板与基底形成的沟槽和聚合物辅助有机小分子半导体重结晶两个过程。利用不同尺寸的微米条纹和微米矩形硅模板，我们分别在PMMA和PS表面上形成了大面积、尺寸均一、高取向的蒽和TIPS-PEN的条纹单晶和矩形单晶图案。.4. 溶剂蒸汽退火辅助毛细力诱导有机半导体薄膜有序相分离。以常见的P3HT与PCBM混合薄膜作为研究对象，一定压力下将带有图案的硅模板固定在混合薄膜薄膜上方使薄膜与硅模板充分接触；置于充满溶剂蒸汽的密闭容器中，溶剂蒸汽退火一段时间后取出，获得有机半导体有序相分离结构。其中主要考虑溶剂蒸汽的种类，环境蒸汽压，环境温度等对半导体相分离的影响。运用扫描电子显微镜，原子力显微镜，荧光显微镜对获得的结构进行表