有机功能材料

1 有有机机光光电电功功能能材材料料 09480119 梁梁建建东东 3 一 背景 解决方案 新能源 新材料的开发 节电 节材器件的开发 传统化石能源枯竭 金属矿物质枯竭 当今世界面临的两大危机 有 机 光 电 功 能 材 料 4 二 有有机机光光电电功功能能材材料料的的应应用用 5 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 光伏电池 化合物半导体硅系有机半导体 GaAs CuInSe2 单 晶 硅 多 晶 硅 酞 菁 类 聚 苯 胺 类 聚 对 苯 乙 炔 非 晶 硅 CdTe 光化学类 纳 米TiO2等 6 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竟争 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 7 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 MRS Bulletin 2008 33 7 670 675 8 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 9 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 10 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 11 有机导电材料 美美国国物物理理学学家家美美国国物物理理学学家家 HeegerHeeger 美美国国化化学学家家美美国国化化学学家家 MacDiarmidMacDiarmid 日日本本化化学学家家日日本本化化学学家家 ShirakawaShirakawa 2000年诺贝尔化学奖得主 19771977年 发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性年 发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性 12 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 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 有 机 导 电 材 料 的 应 用 13 三