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导师：张治国教授 学生：程建敏 有机光电功能材料 HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 目录 背景 有机光电功能材料的应用 我们实验室能做的工作 新能源，新材料的开发 解决方案 节电、节材器件的开发 传统化石能源枯竭 当今世界面临的两大危机 金属矿物质枯竭 一、背景 有机光电功能材料 、有机光电功能材料的应用 太阳能光伏器件 太阳能的优点：清洁、不受地域限制、能量巨大、用之不竭等等。 光伏专家的宏伟设想：光伏建筑。 聚对苯乙炔 聚苯胺类 酞菁类 非晶硅 多晶硅 单晶硅 光化学类 有机半导体 Cu ln S e₂ 化合物半导体 光伏电池 纳米二只等 硅系 GaAs CdTe 成本是限制太阳能光伏电池普及的主要因素。 一般认 为当光伏电池成本达到1美元/峰瓦才能与传统能源竞争。 但是目前市场上光伏电池的主要产品——硅系太阳能电 池因其苛刻的生产工艺，使得生产成本一直居高不下， 大约在5-8 美元/峰瓦左右。人们不得不寻求其它廉价光伏 器件。 降低光伏电池成本主要有三条途径： 1、 提高光电转换效率：减少缺陷、背电极、钝化、 减反层等； 2 、寻找廉价光伏材料：化合物半导体、染料敏化 TiO₂ 、有机半导体等； 3 、改善太阳能电池结构。 PV Cell 通过改善结构降低光伏电池成本的方法： Science 2008(321):226-228 Fermi-golden rule Incident radiation Incident radiation PV Cell PV Cell 有机太阳能电池 有机太阳能电池是指由p型有机半导体材料(如：酞菁类)和n型有机半导体材 料(如：吡啶.花酰亚胺)形成的异质结，在太阳光的照射下，在异质结里形成 激子，当两种有机半导体材料的能级差大于激子的结合能时，激子在界面处分离， 并分别移向两端电极，形成电流。 Aluminium cletrode Charge scparation Charge transport Excltion generation and diffusion MRS Bulletin 2008,33(7):670-675 TCO coated substrate Extermal curont folw PEDOT :PSS Polymer 2010-11-12 Light PCBM 目前有机太阳能电池的光电转换效率已经达到10%。 Nature Materials 2009(8):208- 211 有机太阳能电池优点： 1、制备工艺简单，廉价； 2、 制造面积大； 3、良好柔韧性等。 OLED显示技术 OLED, 即有机发光二极管。不同于传统的需背光灯 的LCD显示方式，它是通过有机材料自身发光来达到显 示目的。因而它能显著的节省电能。 人平洋电脑司 限极 金属阴极 电子传榆层 光线输出方向 OLED 器件结构图 2~10V 直流电 有机发光层 空穴传输层 玻璃基板 OLED 显 示 器 被 公 认 为 是 下 一 代 显 示 产 品 ， 有 些 人 认 为 在 三 五 年 后 将 取 代 目 前 的 液 晶 ，LED 背 投 等 显 示 器 ， 而 成 为市场上的主要产品 。 OLED的优点： 1. 厚度可以小于1毫米，仅为LCD 屏幕的1/3,并且重量也更轻； 2. 固态机构，没有液体物质，因此抗震性能更好，不怕摔； 3. 几乎没有可视角的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍不失真； 4. 响应时间是LCD 的千分之一，显示运动画面绝对不会有拖影的现象； 5. 低温特性好，在零下40 度时仍能正常显示，而LCD则无法做到； 6. 制造工艺简单，成本更低； 7. 发光效率更高，能耗比LCD 要低； 8. 能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的柔软显示器。 有机导电材料 2000年诺贝尔化学奖得主 1977 年，发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性 美国物理学家 Heeger 美国化学家 MacDiarmid 日本化学家 Shirakawa 1、 能源(二次电池、太阳能电池、固体电池) 2、 光电器件 3、 晶体管 4、 发光二极管 5、 传感器 6、 电磁屏蔽 7、 隐身技术等等 目前已发现的具有导电功能的有机高分子材料有：聚乙 炔 (PA)、 聚吡咯(PPY)、 聚噻吩(PTH)、 聚对苯乙烯(PPV)、 聚苯胺(PANI) 以及他们的衍生物。 其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中 是最高的，达到了105S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率。 有机导电材料的应用 三、我们实验室能做的工作 太阳能电池方面 1、稀土掺杂