基于有机光电器件中空间电荷的新型光电转换的研究

有机电子器件因低成本、易制作和质地轻等优点已成为当前的研究热点，但有机材料的低电荷迁移率，严重束缚着有机电子学的发展，尤其是在有机光电器件方面。本项目旨在利用有机物本身内在的特点来提高有机光电器件的性能，对申请人根据二聚物光电导特点所提出的新型光电转换进行理论和实验验证，即对二聚物薄膜器件中所发现的高效反常光电流（由空间电荷所诱发的强极化电流）及稳态光电流进行系统的理论和实验分析，并根据其光电导机理制备和表征相应的利用介电性质的双层型光电器件。这是一种利用介电极化的新型快速光电转换器件，考虑到有机材料低迁移率和电子空穴迁移率的不平衡性导致在有机薄膜器件中易产生空间电荷并诱发强极化电流，因此，低迁移率反而是以上这种光电转换模式中的一个重要优点。这种转换模式可最大限度地摆脱有机材料低迁移率的影响,有希望将其用在脉冲光源的检测中，如光通讯、远程控制、成像等。

尽管有机半导体具有可塑性好、成本低、易制成器件等优点，其较低的载流子迁移率和高激子束缚能严重限制了其在光电器件中的应用。本项目主要研究了在三明治结构有机光电器件中所发现的瞬态光电流现象，利用麦克斯韦理论中的双层模型成功分析了其机理，并将其拓展至MISM（ITO/绝缘层/有机半导体层/金属）双层或多层型光电器件并实现了类似的瞬态光电流，其内容已发表在PRB和相关的英文章节上；提出了利用光致位移电流来克服低迁移率并实现光脉冲的检测，利用这种结构，成功地将肖特基型有机光电器件的光电响应度提高了50倍，这一成果已发表在JACS上；将铁电聚合物引入双层或多层有机器件中，发现铁电退极化场可在相邻有机半导体中产生强大的定向电场，可直接分离激子产生瞬态光电流；利用这一原理，成功制成了ITO/（施主）有机半导体层/铁电层/（受主）有机半导体层/铝结构的原型器件，在正偏极化处理后，可实现由这一定向电场直接驱动的光电流，其响应度可达0.1 A/W（该成果已发表在Nature Communications上），由于这一电场可“存储”在器件中来产生和控制光电流，或可实现多功能有记忆性的光电器件，甚至具备高速响应的光电器件。