同步辐射共振发射-吸收方法研究有机半导体-金属界面电子传输动力学

在有机光-电器件中，载流子的流动性，特别是有机半导体薄膜与金属衬底或电极之间的电子传输对器件的性能起着决定性的作用，如何精确地测定这种亚非秒甚至阿秒时间尺度的动力学过程，对于深入理解异质材料间的基本相互作用，理性地设计新型器件有非常重要的意义。本项目拟建立一种基于同步辐射光子能量连续可调的特性和光电子共振跃迁效应研究有机半导体与金属之间电子传输动力学的实验方法，即共振光电发射-吸收方法。同时以PTCDA/Au(111)为模型体系，结合基于密度泛函理论的计算和电子传输性能的常规测试，原位系统地研究有机薄膜的生长、有机分子的表面取向、界面电子结构以及界面电子传输动力学过程，为相关有机光电器件的设计提供可靠的实验基础，为同步辐射用户提供更加完善的实验平台。

在有机发光和光-电转换器件中，载流子的流动性，特别是有机半导体薄膜与衬底或电极之间的电荷传输对器件的性能起着决定性的作用，如何精确地测定这种亚非秒甚至阿秒时间尺度的动力学过程，对于深入理解异质材料间的基本相互作用，理性地设计新型有机光-电器件有非常重要的意义。. 通过本项目的实施，基于同步辐射光子能量连续可调的特性和光电子共振跃迁效应，以PTCDA/Au(111)为模型体系，建立了一种研究有机半导体与衬底之间电荷传输动力学的实验方法，即共振光电发射(RPES)-吸收(NEXAFS)方法。利用RPES-NEXAFS方法对PTCDA/Au(111)、PTCDA/TiO2(110)、FePc/TiO2(110)三种典型体系界面电荷传输动力学进行了对比研究，结果表明界面电荷传输速率与有机-衬底相互作用强度以及有机分子的表面取向有密切关系。同时原位系统地研究了有机染料分子PTCDA与Au(111)和TiO2(110)两种不同类型衬底的界面相互作用，包括有机薄膜的生长模式、有机分子的表面取向、界面电子结构以及界面电子传输动力学过程，结果表明，有机分子的取向具有明显的厚度效应，导致界面相互作用强度的差异、界面电子结构的不同以及电荷传输时间的不同，因此调节和控制有机分子的取向对于优化有机器件的性能有特别重要的意义。. 本项目所取得的成果，可以为同步辐射用户提供又一种新的实验平台，也对相关有机光-电器件的设计和研发提供了可靠的实验依据。. 除此之外，在本项目的资助下，还系统地测定了FePc(C60)与TiO2(110)以及MoO3/ITO界面的电子结构，结果表明，C60在FePc薄膜中的掺杂可以调节FePc/TiO2(110)界面电子结构，有利于提高器件开路电压；部分还原的MoO3产生的带隙电子态有利于FePc/ITO界面的空穴注入。这些结果为深入研究有机半导体相关的新的科学问题奠定了一定的基础。