分子取向对有机半导体能级的影响

有机半导体分子是指能够导电的有机分子,利用导电有机分子制造的电子器件具有结构简单、成本低、环境污染少、可在柔性基底上制造等优点,例如有机发光二极管和有机太阳能电池。目前有机发光二极管的研发已经较为成熟,并且在显示、照明领域得到了商业化。三星公司已经将有机发光二极管技术应用于智能手机的显示屏;LG公司已经发售了有机发光二极管电视屏幕。另一方面,有机太阳能电池目前还处在实验室研发阶段,但是,相信在不久的将来,它的性能将会不断得到提高并且作为商品进入挨家挨户。尽管人们在有机电子器件领域已经取得了显著的成就,但是为了进一步满足节能和可持续发展的要求,追求更高效率的器件依旧是人们的首要目标。一个高效率的有机电子器件必须具备高性能的有机材料,优异的能级匹配,优化的器件结构等特点。研究表明了分子取向能够影响有机分子吸收或者发射光子的方向,从而直接影响了器件的效率。除此之外,分子取向还会影响有机分子的电离能,因此分子取向可能也会对能级匹配造成影响,从而对器件的性能造成影响。因此,研究分子取向与能级匹配对于设计和制造高性能的有机电子器件具有重大意义。

分子取向对有机半导体能级的影响

最近,吕正红博士(多伦多大学教授,云南大学特聘教授)带领的研究团队在分子取向和能级匹配的研究中取得了重要进展。研究工作发现,通过真空热沉积次序的变换可以实现二维有机半导体分子取向的变化,并且证实了分子取向直接决定了有机半导体分子的电离能。具体来说,对于同种有机半导体,不同的分子取向决定了不同的电离能。这使得电离能成为了一个判别分子取向的可靠实验手段。该研究工作还发现,对于相同种类的有机分子在与另一种有机小分子形成异质结后,不同的分子取向(二维分子平面与界面平行或者垂直)会导致不同的能级匹配。其原因归结于两个方面:一是不同分子取向对应着不同的分子间静电相互作用,二是化学势平衡导致一个分子到另一个分子的电荷转移,并且研究发现后者可能起着主导作用,因此今后的研究工作将注重于化学势平衡的影响。该项研究揭示了分子取向对于能级匹配的影响,为将来利用分子取向来设计高性能的有机电子器件奠定了基础。

相关相关论文近期在线发表在Advanced Electronic Materials DOI: 10.1002/aelm.201600306)上。

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