三氧化钼导电机制以及界面修饰的物理机制的研究

Organic optoelectronic device has great potential in dealing with energy crisis and developing new generation of display and lighting technology. However, organic device has inferior efficiency and stability compared with inorganic counterpart, it is raised by numerous interfaces in device and poor conductivity of organic semiconductor material. To solve this problem, researches have shown that ultrathin MoO3 buffer layer with a few nanometers thickness could enhance carrier transport at interface and improve interfacial stability obviously, organic material with MoO3 doping showed much better conductivity. But there is not enough study on physical mechanism of its effect, moreover, results from different research groups showed big difference, and a universal mechanism involving microscopic physical process is lacked. In view of this, we plan to develop systematic study in depth on conduction mechanism of MoO3 and physical mechanism of its interfacial modification effect via interface physics and device physics method, this study will provide with guidance for more efficient and stable organic optoelectronics device design, and promote application of MoO3 in broader fields like super-capacitor.

有机光电器件在解决能源危机和发展新一代显示、照明技术的重要领域具有深远的战略意义和光明的应用前景。但与成熟的无机光电器件相比，有机器件的效率和稳定性仍有明显差距，这是由有机器件中众多的界面和有机半导体材料导电性差这两个因素共同造成的。面对这样的问题，研究表明纳米级厚度的三氧化钼缓冲层可以明显提高界面处的载流子传输和界面稳定性，利用三氧化钼掺杂可以大幅提升有机材料导电性。但对其工作的物理机制的研究还不够充分，且各研究组获得的结果存在较大差异，尚缺乏包含微观物理过程的普适性机制。针对这一现状，本项目拟通过界面物理和器件物理的研究方法，对三氧化钼导电机制和其修饰界面的微观物理机制这两个核心问题开展系统、深入的研究，随着机制的逐步澄清，可以指导设计结构更为合理、效率和稳定性更加优秀的有机光电器件，并推动三氧化钼在超级电容等其他领域的应用。

与无机半导体相比，有机半导体材料的导电性通常较差，同时有机器件中存在的众多异质界面常常会影响载流子传输过程，从而影响器件性能。因此，探明有机半导体器件中复杂的界面物理过程十分基础且必要，提高有机材料导电性、优化界面载流子传输过程对于提高有机半导体器件性能十分关键。本项目主要通过器件物理和界面物理的研究方法，由三氧化钼提升有机半导体器件载流子传输的研究入手，揭示了众多有机半导体器件中的界面物理微观过程，在此基础上，开展了新型有机-无机杂化钙钛矿发光器件的前沿探索研究。经过四年的努力，研究团队克服了疫情对实验研究带来的诸多影响，基本实现了项目的总体目标。主要在以下四个方面开展了深入系统的研究工作，1）澄清了三氧化钼掺杂有机半导体材料以及作为界面修饰层的作用机理，获得了相应的定性/定量物理模型；2）揭示了多类型半导体光电器件中，界面物理过程影响器件性能的作用规律及微观机制；3）开展了新型有机-无机杂化钙钛矿发光器件前沿研究，获得了具有显著自发辐射放大效应的新型钙钛矿薄膜；4）同时在项目执行过程中，积累或发展了电容实验研究方法和基于漂移-扩散方程的器件性能仿真方法，有效丰富了研究手段。同时，由项目资助，共培养博士研究生2名，硕士研究生4名，博士后出站1名。项目负责人侯晓远教授还以第一完成人身份获得了2022年度上海市高等教育优秀教学成果项目特等奖。