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青岛农业大学本 科 生 课 程 论 文论 文 题 目 LB膜光电转换研究的进展 学生所在学院 化学与药学院 学生专业班级 材料化学专业 08级02班 学生姓名（学号） 栾洋洋（20084174） 指 导 教 师 陈蔚燕 完 成 时 间 2010年10月12日 2010 年 10 月12 日课 程 论 文 任 务 书学生姓名 栾洋洋 指导教师 陈蔚燕 论文题目 LB膜光电转换研究的进展 论文内容（需明确列出研究的问题）：LB技术开辟了光电转换研究的新领域.本文综述了利用LB膜进行光电转换研究的发展状况，并对这一领域的发展及应用前景进行了探讨，提出了几点建议。 1 引言 2 研究现状 2.1 肖特基结型 2.2 pn结型 2.3 MIS和MIM类型 3改善器件性能，提高光电转换效率 3.1材料的分子结构和性能 3.2 LB膜质量及成膜工艺 3.3 掺杂以改善LB膜的性能 3.4 电极接触问题 4结语 资料、数据、技术水平等方面的要求： 通过书籍报刊杂志、网络等各种渠道广泛搜集资料，充分利用现有文献来借鉴他人的学术成果，同时到现实当中获取调查数据等第一手资料，做到资料翔实，数据准确，引用规范，论证充分。要围绕研究主题和内容进行社会调查，详尽地把握相关资料，进行整理取证，数据要真实可靠，论点要鲜明正确，论据要充分，言之成理，言之有物，注意论文的逻辑性，语言通顺，选题及论述要具有现实意义，对现实生活有指导和借鉴意义。 发出任务书日期 任课教师统一时间 完成论文日期 2010年10月12日 LB膜光电转换研究的进展摘要：LB技术开辟了光电转换研究的新领域.本文综述了利用LB膜进行光电转换研究的发展状况，并对这一领域的发展及应用前景进行了探讨，提出了几点建议。关键词:LB膜，酞著，光电转换，光生电流，光电器件1 引言LB(Langmuir-Blodgett)技术是一种新发展起来的有机单分子膜沉积技术。热蒸镀、溅射、电沉积、喷涂等一些传统制膜方法，虽然也可用于制备有机薄膜，但在膜的均匀性和有序化程度方面都无法与LB技术相比.LB技术能够在分子量级上对材料进行组装，可以制备nm量级的单层膜，也可以一层层叠加制备几十层、上百层的累积膜，可以对一种材料进行任意组装，也可以对两种或两种以上的材料进行交替组装.制得的薄膜具有分子排列有序，均匀性好，缺陷密度低等优点。LB技术不需要价格昂贵的设备，而且在常温常压下进行，操作简易，这是其它方法所不及的。正由于LB技术可以提供精确的层状结构，而且薄膜厚度容易控制，决定了它在许多领域有着广泛的应用潜力。人们已经合成了许多有机半导体材料，并对其光电转换特性进行了深入研究。LB膜在光电探测器、光电池、光电开关、光电信息存贮、处理以及模拟光合作用等方面的应用前景引起了人们的极大兴趣.随着合成化学的发展，具有特殊功能的新的有机材料的出现，必将促进LB膜光电转换研究的发展。2 研究现状随着对一些有机材料在可见光区域内有光吸收带的特性的认识l，它们也同无机半导体材料一样被作为n型或p型半导体来制备有机光电器件。传统的无定形膜有机器件的相关结构，用LB技术同样能实现，而且有其独特的性能。许多LB膜有机材料功能器件有很好的光电转换特性，是开拓新型器件的基础。这些器件的制备以下述几种结构为基础，还有其他结构类型现分别加以介绍。2.1 肖特基结型肖特基结类型通常具有Ml/LB膜/M2结构。Ml多用Al，也有些器件用In工，采用蒸镀的方法镀于玻璃基板上。LB膜通过膜天平转移到上述基板上。拉膜时，亚相多用三次水，也有些用稀溶液使pH值在6pH7范围内以改善成膜效果。挂膜方式分为X型、Y型和Z型，膜厚任意控制。所用的膜材料根据需要进行选择或自己合成，通常选用具有良好的光电特性和物理化学稳定性的有机材料，成膜性好也是选择条件之一M:电极用Ag或Au，蒸镀于LB膜上。表1列出的是此类型实例:2.2 pn结型此类型结构为AI/n型材料/p型材料/Ag.AI、Ag电极的制备工艺同上。Ag与p型材料之间是欧姆接触。n型、p型材料的选择要匹配。考虑到拓宽吸收光谱范围，要选择互补的一对。即如果n型材料的短波响应好，则p型材料的光敏区域应该选择那些长波范围宽的，反之亦然。表2列出一些实例:2.3 MIS和MIM类型MIS结构已引起人们的注意，AI/卟啉锰衍生物LB膜/N-Si，Au/脂肪酸LB膜/GaP，或以CdTe，GaAs代替GaP都是这种结构.MIM结构:Al/卟啉锰LB膜/Al，Pb/硬脂酸LB膜/Al，Al/多肤LB膜/Ag，它们的光伏特性也被广泛地研究。在这种结构中，开路电压强烈地受绝缘层的影响，可以作为开发简单光伏电池应用的基础2。用LB技术还可以实现高度有序化的电子传输系统。此系统由电子施主(D)，光敏层(S)，电子受主(A)三部分组成.A-S-D光电二极管要求A、S、D各部分是非对称的有序的空间排列，以使施主与受主的电荷分离。光照时S产生的电子传到A，S中失去的电子由D补充。LB技术是实现这一系统最合适的方法.Y.Nishikata用聚酞亚胺作为A，脂肪族取代的聚酞亚胺为D和5。此结构具有很高的光电流。K.Naito等制备的ITO/绝缘层/2层类固醇-TCNQ/2层类固醇酞著铜衍生物/2层类固醇对苯二胺/Hg结构的A-S-D器件实现了电子传输机制，为LB膜在分子电子器件的应用上开发了新的研究领域。此种类型也可以模拟光合作用，制备仿生太阳电池3。用LB膜制备各种光电转换器件的研究已引起人们的兴趣。功能各异的器件有着潜在的应用前景。目前的研究状况离实际应用还有一段距离，器件性能的提高是必须解决的一大问题。3. 改善器件性能，提高光电转换效率对于任何一种光电器件，它的价值与能否实用，除易于制备、性能稳定外，大的光生电流、光电压以及由此产生的高的光电转换效率是重要的决定因素，这也是光电器件研究工作围绕着伏安特性、光谱响应研究等方面的直接原因。光电转换的实现与下述过程直接相关:i.光被有机材料分子吸收，产生一定数量的载流子，载流子的产额直接影响光生电流与电压；ii.载流子由内建电场作用分离，运动到电极，被电极收集，收集的多少决定着光电流、光电压的大小.对于如何改善器件性能，我们认为以下几方面应引起关注:3.1材料的分子结构和性能在目前所采用的LB膜材料中，有些成膜性很好，可以直接拉膜。而其中大多数材料分子不具有双亲性，需加接长的烷基链或采用特殊的成膜技术才行。现在LB膜材料的研制主要有这样三条途径:i.将具有某种功能的有机分子修饰成LB膜材料；ii.合成出已知的具有所需功能的LB膜材料；iii.根据某种性能的有机分子的共性设计出新的分子结构.从材料合成出发得到我们所需要的LB膜材料是有效的手段4。3.2 LB膜质量及成膜工艺有了合适的材料，成膜条件，包括亚相溶液、溶剂的选择、挂膜方式的选择、膜厚的控制等，都需从实践中摸索规律.LB膜光电转换是通过分子排列的有序性和适当的膜厚来实现其功能的，只有载流子产生区及相邻的载流子扩散长度范围内吸收的光，才能产生有效的光电转换，所以通过各种结构表征，寻求高质量LB膜是改善器件性能的又一关键。3.3 掺杂以改善LB膜的性能掺杂能改变半导体材料性能，早已成为定论.用掺杂方式同样能优化有机材料LB膜的某些性能。有些有机材料本身电阻率很高，用来制备的LB膜光电器件由于电阻过大而影响器件性能。LB膜具有超薄而且分子规则排列的特点，所以掺杂更易于改善其电导等光电特性。酞著铜LB膜经过碘掺杂后，电阻率明显降低5。我们以前曾用稀HCI处理酞著铜衍生物LB膜，使其电阻率由106 cm以上降低到102 cm以下，光电器件的光生电流由14uA/cmZ提高到21uA/cm2.至于掺杂的物质被吸附的机制以及它们是如何与材料分子发生作用的，有待进一步研究.3.4 电极接触问题在任何一种光电子器件中，引出电极与半导体材料的接触情况都是影响器件特性的重要因素。LB膜光电子器件也不例外。在我们初期工作中研制的Au/酞著铜衍生物LB膜/N一Si/Al光伏电池，其中的LB膜没有经过任何处理，电阻率很高，器件具有反常整流效应，光生电流密度只有140uA/cm2(在AMO太阳模拟器下)6。当把LB膜沉积后不经盐酸处理，而是在酞蔷铜衍生物LB膜上继续沉积TCNQTTFLB膜，再加电极做成器件，其光电流密度剧增到lmA/cm2.由此可以看出电极接触的重要性。导电LB膜的加入改善了电极与LB膜间的非欧姆接触。电极接触的优劣，随着所用材料的不同而不同，我们所提出的通过加入导电LB膜改善电极接触方法在有机LB膜光电器件中具有普遍意义。电极接触问题是今后LB膜光电子器件研究中需要妥善解决的又一个问题。4 结语LB膜光电转换的研究有着喜人的应用前景，也存在着许多值得深入探讨的问题。这是集合成化学、分子电子学、分析化学、光电器件工艺等学科于一体的领域.期望通过同行们的努力，把工作推进一步，使LB膜光电转换器件早日应用到实际中，造福人类。参考文献【1】M.Saito,et al.Evidence for ambipolar eonduetion in dye-sensitized p-n junetions of Langnluir-Boldgett films.JPN.J.APPI.PHYS.1985，24(3):379-380.【2】 李岚,许琳,华玉林,等. J.功能材料, 1998, 29 (2 ):188191.【3】 E.Brynda，etal.Copper Tetra-4-t-ButylphthaoleyanineLangmuir一Blodgett Fi!ms:Photoeleetrical and Struetural Studies.SynthetleMetals，1990，37:327一333.【4】 张爱东等.有机分子光电子器件新模型