半导体材料与器件-复习详解.ppt

主讲人：吴家刚 TEL: 028EMAIL: msewujg@ 四川大学材料科学与工程学院 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。 广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。 太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。 通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电； 通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。 二十世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破： 1954年, Chapin、 Fuller 和 Pearson美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池。 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 半导体材料与器件-四川大学 * OTFT优点：与现有的非晶硅或多晶硅TFT相比，OTFT具有以下特点： 加工温度低，一般在180℃以下，不仅能耗显著降低，而且适用于柔性基板；（制作温度低） 工艺过程大大简化，成本大幅度降低，气相沉积和印刷打印两种方法都适合大面积加工；（成本低） 材料来源广泛，发展潜力大，同时环境友好。 急需解决的关键问题包括： 研制高载流子迁移率的有机半导体材料； 改善有机半导体薄膜特性来提高载流子迁移率；? 提高有机薄膜晶体管的稳定性、频率特性、开关特性? p型和n型有机半导体材料对于OTFT的发展同等重要，因为由p型和n型OTFT共同构筑的有机互补电路具有功耗低、操作速度快、噪音容限大等优点，可广泛用于各种有机数字电路，是实现有机电子器件应用的基础。 目前n型有机半导体材料的发展远远落后于p型有机半导体材料。 n型有机半导体材料的优点： 高电子迁移率； 空气稳定； 可溶液加工性质； 该类型材料的短缺大大限制了OTFT相关的柔性电子器件及有机电路的发展。 不同于以往在缺电子的芳核上直接引入拉电子基团（如氰基、氟原子）来设计n-型有机半导体材料的方法。 有机半导体材料是制造有机太阳能电池的基础。有机半导体分子结构的主要特征具有一个较长的离域共轭结构，它们可以是小分子，也可以是高分子。 共轭效应 (conjugated effect) ，又称离域效应，是指由于共轭π键的形成而引起分子性质的改变的效应。 电致发光(Electroluminescent)，又可称电场发光，简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。 如前所述，当有机半导体材料吸收光子，其pi轨道上的电子就会跃迁到pi*反键轨道上。仍然与无机半导体不同的是，被激发后的电子仍旧与所在分子紧密结合，并不能像无机半导体内的激发电子一样自由运动。此时被激发的分子中含有一个能量较高的电子，这就可以理解为一对正负电荷以库仑力结合在一起。这样的分子称为“激子（Exciton）”。 激子的存在亦是有机半导体的重要特征，也是有机太阳有电池与无机太阳能电池的最显著区别，因此也有人将有机太阳能电池称为“激子型太阳能电池（Excitonic solar cells）”。 有机太阳能电池技术简介 （2）有机太阳能电池的结构 邓青云和他的有机太阳能电池 非晶态与液态半导体 非晶态与液态半导体 相对于晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。 光致衰退效应，light-induced degradation也称S-W效应。a-Si:H薄膜经较长时间的强光照射或电流通过,在其内部将产生缺陷而使薄膜的使用性能下降,称为Steabler-Wronski效应。 光致衰减区域 对S-W效应的起因，至今仍有不少争议,造成衰退的微观机制也尚无定论，成为迄今国内外非晶硅材料研究的热门课题。 总的看法认为，S-W效应起因于光照导致在带隙中产生了新的悬挂键缺陷态(深能级)，这种缺陷态会影响a-Si:H薄膜材料的费米能级EF的位置，从而使电子的分布情况发生变化，进而一方面引起光学性能的变化,另一方面对电子的复合过程产生影响。这些缺陷态成为电子和空穴的额外复合中心,使得电子的俘获截面增大、寿命下降。 在a-Si:H薄膜材料中，能够稳定存在的是Si-H键和与晶体硅类似的Si-Si键，这些键的键能较大，不容易被打断。由于a-Si:H材料结构上的无序，使得一些Si-Si键的键长和键角发生变化而使Si-Si键处于应变状态。 为了更好地理解S-W效应产生的机理并控制a-Si∶H薄膜中的悬挂键，以期寻找稳定化处理方法和工艺。20多年来，国内外科学工作者进行了不懈的努力，提出了大量的物理