0光电材料的研究及其进展

贵州民族学院毕业论文 i 光电材料的研究 及其 进展 姓名：岑远禄 摘要 : 随着煤、石油、天然气等能源的逐步消耗，能源危机已展现在全人类面前。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，太阳能电池的研究与应用已经越来越受到重视。有机太阳能材料加工方便，成本低，自其出现就受到人们的青睐。但目前有机太阳能电池的光电转换效率还是比较低，只有得到更高效率、性能稳定的太阳能电池，才能实现其商业化。 本文 介绍了光电转换的基本原理 、 分类及 制备方法 ,讨论了几种光电材料的发展现状、性质、应用及存在的问题 ， 综述了国内外光电产业的发展趋势。 关键词： 光电材料 制备方法 太阳能电池 酞菁铜 作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生）指导老师：任丽蓉 in of of is to of of of 州民族学院毕业论文 录 第 1 章 绪论 . 1 究意义 . 1 究现状 . 1 第 2 章 光电材料理论概要 . 3 光电转化性能原理 . 3 电材料的分类 . 3 电材料制备方法 . 4 第 3 章 典型光电材料的研究进展 . 6 米光电材料的研究简介 . 6 米光电材料的性质特点 . 6 米材料的分类及应用 . 6 阳能光电材料 . 9 . 9 . 10 . 11 菁铜类光电材料 . 12 3 3 1 酞菁铜的研究进展 . 12 3 3 2 酞菁铜类光电材料的性质 . 12 3 3 3 酞菁铜在太阳能电池中的用途 . 13 第 4 章 我国及世界光电材料研究 现状 . 14 电材料在材料科学中的应用 . 15 球光电产业的发展 . 16 总结 . 18 致谢 . 19 贵州民族学院毕业论文 1 第 1章 绪论 究意义 太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源 ， 全球能量消耗总和只相当于太阳 40 投射到地球表面的能量 。 因此开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策 。 光电材料作为现代高科技发展的重要 物质基础，在微电子、光学、激光、遥感、通信、航空、宇航等高技术中一直处于发展的前沿位置。进入 21世纪，光电材料作为高科技领域发展中不可替代的关键材料愈来愈受到世界各国政府和科学家的重视 。 新材料的研制关系到一个国家的科学技术和生产力的发展 ， 是国家经济发展的基础 ； 世界各国都把新材料的研制列人国家重点研究计划 。 光电功能材料既有电子材料的稳定性 ， 又具有光子材料的先进性 ， 将在光电子时代被广泛采用 ,有极大的市场前景 。 21 世纪又是信息高度发达的社会 ,而支持信息发展的基础也是光电功能材料的研究与开发 。 纳米复合光电转换材料 是近几年发展十分迅速的领域之一 。 由于纳米材料具有表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和小尺寸效应 ， 从而使其在磁学、非线性光学、光电转换、催化、敏感特性等方面表现出独特的性能 。 究现状 能源和环境问题是当前人类面临的两大主要问题 ，而太阳能是解决以下 两大问题最有效的途径。因此许多学者致力于太阳能电池的研究 ， 以此作为开发太阳能资源的新技术。自从 1954年用直拉硅单晶开发出第一个太阳能电池 硅太阳能电池以来 ， 太阳能技术发展迅速 ， 转化效率也不断提高 ， 成本不断下降 ， 大面积的太阳能电池也有了很大 的发展。特别是 20世纪 70年代由于石油危机的出现 ， 再加上环境污染 ， 所以太阳能电池发展迅速。目前适合作太阳能电池的半导体材料主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半导体。其中化合物半导体 主要包括二元的 元的 质结中的 晶硅太阳能电池转化效率过低。 已商业 化 的多晶硅太阳能电池的转换效率达到 17 % ， 但生产成本仍然很高 。 二元半导体中的硫族化合物吸收系数较高 有希望得到低成本且转化效率较高的产品。 但 材料非常昂贵 ， 且有毒 ， 所以限制了 大面积的推广。而三元化合物中的 由于 具有较高的吸收系数 。 而纳米复合薄膜材料 禁带宽度近于 1. 0 是目前已知光吸收性最好的半导体材料之一 ， 其多晶薄膜具有优良的光电特性 ， 光电转换效率可达到 20 %。 美国、欧洲、日本、澳大利亚等许多国家政府和公司在这一研究领域投入了大批力量 。 预期利用作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 2 半导体复合材料制备太阳能电池将走向实用化 。 贵州民族学院毕业论文 3 第 2章 光电材料理论概要 光电转化性能原理 光作用 下的电化学过程即分子、 离子及固体物质因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程 。 当一束能量等于或大于半导体带隙 ( 的光照射在半导体光电材料上时 ，电子 (e) 受激发由价带跃迁到导带 ， 并在价带上留下空穴 (h+ ) ， 电子与空穴有效分离 ，便实现了光电转化 。 由于半导体光电材料表面受到 大于或等于带隙宽度的光的激发 ， 产生非平衡载流子 ， 它们在自建电场的作用下 ， 发生定向移动 ,导致表面电荷量发生改变 。 对于 P 型半导体 ， 光生电子移向表面 ， 光生空穴移向体相 ， n 型半导体则与之 相反。 (a) (b)图 1 光照下半导体光电压的产生原理图 电材料的分类 按用途分类 光电材料可分为 光电转换材料 与 光电催化材料 。 光电转换材料 是 根据光生伏特原理 ， 将太阳能直接转换成电能的一种半导体光电材料 。 目前 ， 小面积多结 阳能电池的效率超过 40 % 。 光电催化材料 是 在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能的半导体光电材料 。 它使许多通常情况下难以实现或不可能实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行 。 例如 ， 水的分解反应 ,该反应的 0， 在光电材料催化下 ， 反应可以在常温常压下进行 。 按组成分类 光电材料可分为 有机光电材料 、 无机光电材料 和 有机 有机光电材料 是 由有机化合物构成的半导体光电材料 ， 主要包括酞青及其衍生物、卟啉及其衍生物、聚苯胺、噬菌调理素等 。 无机光电材料 是 由无机化合物构成的半导体光电材料 ，主要包括 6 有机 由作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 4 中心金属离子和有机配体形成的光电功能配合物 ， 主要有 2 按尺度分类 光电材料可分为 纳米光电材料 和 块体光电材料 。 纳米光电材料是指颗粒尺度介于 1 100 块体光电材料是指颗粒尺度大于 100 电材料制备方法 光电材料由于其不同的性能和尺寸要求 ， 制备方法是多种多样的 。 比较常见的有激光加热蒸发法、高温固相反应、 激光气相合成法、水热合法、溅射法、方法 。 （ 1） 激光加热蒸发法 。 激光加热蒸发法是以激光为快速加热源 ， 使气相反应物分子内部很快地吸收和传递能量 ,在瞬间完成气相反应的成核、长大和终 止 。 该方法可以迅速生成表面净、 粒径小 ( 50且粒度均匀可控的纳米微粒 。 （ 2） 溶胶 - 凝胶法 ( 溶胶 其基本步骤是先用金属无机盐或有机金属化合物在低温下液相合成为溶胶 ， 然后采用提拉法或旋涂法 ， 使溶液吸附在衬底上 ， 经胶化成凝胶 ，凝胶经一定温度处理后即可得到纳米晶复合薄膜 ， 目前已采用 得到的纳米镶嵌复合薄膜主要有 ， 。 由于溶胶的先驱体可以提纯且溶胶 - 凝胶过程在常温下可液相成膜 ， 设备简单 ， 操作方便 。 因此 ， 溶胶 - 凝胶法是常见的纳米复合薄膜制备方法之一 。 （ 3） 等离子体化学气相沉积技术 ( 借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应 ， 而在基板上沉积薄膜的一种方法 ， 特别适合于半导体薄膜和化合物薄膜的合成 ， 被视为第 2 代薄膜技术 。 术是通过反应气体放电来制备薄膜的 ，这就从根本上改变了反应体系的能量供给方式 ， 能够有效地利用非平衡等离子体的反应特征 。 由于等离子体 中的电子温度高达 104 K， 有足够的能量通过碰撞过程使气体分子激发、分解和电离 ， 从而大大提高了反应活性 ， 能在较低的温度下获得纳米级的晶粒 ， 且晶粒尺寸也易于控制 ,所以被广泛应用于纳米镶嵌复合膜的制备 ， 尤其是硅系纳米复合薄膜的制备 . 韩高荣等人以 N 2和 有望成为新一代光电成像材料 ,在空间光调制器件 ， 静电复印感光鼓 ， 高密度存储器中有广泛应用前景 。 （ 4） 激光气相合成法 。 激光气相合成纳米材料的原理是采用高速流动的反应物气体与高能量的 垂直正交 ， 发生交互作用产生能量的共振、 吸收 ， 在气流喷射的下方形成稳定、 可控的高温反应火焰 ， 反应物在瞬间发生分解、化合 ， 生成物经气相凝聚、成核和贵州民族学院毕业论文 5 生长 ， 在气流惯性和与反应气同轴的载气带动下 ， 由真空泵抽吸 ， 进入粉体收集器内。 （ 5） 水热合成法 。 在密闭体系中 ， 以水为溶剂 ， 在一定温度和水的自生压强下 ， 原始混合物进行反应 一种合成方法 。 由于反应在高温、高压、水热条件下 ， 反应物质在水中的物性与化学反应性能发生了很大变化 ， 而不同于一般制备方法 。 能直接制得结晶完好 ，原始粒度小、分布均匀 ,团聚少的纳米粉体 ， 制备工艺相对简单 。 无需焙烧处理 , 但是高温高压下的合成设备较贵 ， 投资较大 。 作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 6 第 3章 典型光电材料的研究进展 米光电材料的性质特点 纳米材料是一种粒子尺寸在 1到 100米光电材料是指能够将光能转化为电能或化学能等其它能量的一种纳米材料。由于其良好的性能、巨大的发展前景而广泛用于光通信、光存储、全光网络、光电探测器等各个方面。 当半导体光电材料颗粒处于纳米尺度范围内时 ， 会显示出与块体不同的光学和电学性质 ， 其原因是随着粒径的减小而产生量 子化的结果 。 由于半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中 ， 在此条件下 ， 导带和价带能带过渡为分立的能级 ， 因而有效带隙 ( 增大 ，吸收光谱阈值向短波方向移动 ， 这种效应就称为尺寸量子效应 。 量子尺寸效应不仅造成超微粒的光学性质发生变化 ， 而且它的电学性质也有明显的不同 ， 随着颗粒粒径的减少 ， 有效带隙增大 ， 其光生电子与块体相比具有更负的电位 ， 相应地具有更强的还原性 ， 而光生空穴因具有更正的电位而具有更强的氧化性 。 纳米半导体的另一个显著特性就是表面效应 ， 粒子表面原子所占的比例增大 。 例如 ，一个 5 子约有 15 %的原子位于粒子表面 。 当表面原子数增加到一定程度 ， 粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子决定 。 表面原子数的增多 ， 原子配位不满 (悬空键 ) 以及高的表面能 ， 导致了纳米微粒表面存在许多缺陷 ， 使这些表面具有很高的活性 。因此 ， 纳米光电材料体现出比块体光电材料更高的光催化活性 。 人在硫化锌光催化还原二氧化碳的实验中发现 ： 米颗粒的直径对反应的选择性与催化活性影响很大 。 随着 粒的减小 ， 其催化活性与其产物甲醛的选择性增大 。 另一项研究表明 ，径越小 ， 光催化活性越高 。 在悬 浮态反应器中 ， 径为 30 光催化活性有一个突跃 。 在固定床反应器中 ， 0 米材料的分类 及 应用 纳米材料大致可分为纳米粉末、一维纳米材料、纳米膜等。纳米粉：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在 100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与 宏观物体之间处于中 间 物态的固体颗粒材料 ； 一维纳米材料：指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。分为纳米线和纳米管 ； 纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙 的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。 （ 1） 电探测器中的研究 。 纳米粉体具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应、介电限域效应等各种效应，所贵州民族学院毕业论文 7 以纳米粉体表现出强吸光能力、高活性、高催化性、高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力等奇特理化性能。 图（ 2） 实验 研究表明 原有的薄层型光电探测器能获得极高的响应速度，但其光学吸收变差，有可能降低器件的灵敏度，这一点对硅光电探测器来说尤其明显， 硅 的间接 带隙特性使得其吸收系数要比 2验表明，只要增加一层金属纳米粉末涂层，就能显著地改变硅薄膜型光电探测器的光吸收特性。现基于 on 光电探测器利用金属纳米粉末涂层同 以显著改善薄膜型 图 2)。此外，通过精心选择纳米粉末涂层的材料和颗粒大小，还有望将增强光电流响应的光谱范围由 可见光和近红外区扩展到红外区。 (2)一维纳米材料 。 当一维半导体材料的直径与其德布罗意波长相当时，它的导带与夹带进一步分裂 ，其能隙会随着直径减小而变大。这样以来量子限制效应、非定域量子相干效应和非线性光学都会表现明显。 定向耦合器是波分复用网络中最常用的基本元件之一。 个耦合波导的横截面尺寸为 0 3 0 3 m，间距仅为0 3于两个波导之间很强的耦合作用，定向耦合器的耦合长度仅为 10 m，当耦合波导之间的间距减少时，波导长度还可以进一步缩短。由此可以制作出结构非常紧凑的 3远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 8 耦合器。在此基础之上，他们还制作了一种基于纳米线波导的 路 复用器，它由两个在侧壁上刻有 路波长带宽不超过 0 7路波长时输出端的消光比为 8下路波长可以通过改变光栅参数来进行调节。 将 助于器件尺寸和功耗的减小。 1、 1 2和 1 4的 图 2） 所示。光开关中采用的纳米线波导的横截面尺寸为 300300些热光开关器件所占的面积分别为 140 m 65 IX m、 85 m 30IX m 和 190 m 75 IX m，消光比超过 30关功耗低于 90关响应时间小于 100 S。 图 3 纳米线波导干涉型热光开关 (3)纳米硅薄膜发光特性 纳米硅薄膜是由纳米尺寸的硅微晶粒构成的一种纳米固体材料，其晶粒所占的体积约为 50 ，另外 50则为晶粒之间的大量界面原子所占据。纳米硅薄膜由于独特的结构而具有 一 系列独特性质，如电导率高、光热稳定性好、光吸收能力强、光学能隙宽化、光致发光等，而且还具有明显的量子尺寸效应。近年来，已成功地研制了纳米硅异质结二极管，并正展开纳米硅薄膜太 阳电池的研制，展现了纳米硅薄膜器件的广阔前景。紫外光电探测器方面， O M 们首先以电化学分解法在 后开始器件的制作：在 接着用氢氟酸缓冲液在氧 层上刻蚀出器件图形；然后将硅片浸入纳米硅晶的酒精悬浊液中，用一种类似于金属电镀的电化学电镀方法，将纳米 积厚度约 50最后，在纳米 00为器件的引出电极 (如图 4) 器件对可见光有很好的过滤特性，而对紫外光有较好的响应。 贵州民族学院毕业论文 9 图 4 器件 阳能光电材料 究 自从 1974年美国贝尔实验室的 S 许多国家都开展了 转化效率有很 大 的提高 ， 成本也不断降低 ， 其转化效率随时 间逐年增加 。 如图 5所示。 图 5 作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 10 1976年 真正意义 上 的 转化效率为 6%。其制备方法是双源蒸发法。 1978年 1982年 他们发现制得的双层 扩散产 生 铜 粒 而导致不稳定性 ， 大大提高了太阳能电池的性能。 80年代 许多制备太阳能电池的新方法 ， 如溅射、 喷射热解、快速凝固法、电沉积方法及在电沉积基础 上 发展起来的硒化法等 。 其中最重要的是 1983年化法分两个阶段 ， 第一步是用某种方法先制得 第 二 步把先驱体放在 2 使太阳能电池向实用化迈进了一步。 1986年 提出了独创的多结结构 ， 使两种材料在应用太阳 能谱上能够互补。 1988年 组件 。 目前也出现了许多制备太阳能电池的新方法 , 如有机金属化学气相法。现在制备 一是 二是 三是 不需合金化过程。第一种思路主要包括 ： 硒化 学气相转移法、反应溅射 等 ； 第二种思路主要包括 ： 蒸发镀、电沉积、化学浸泡、化学气相沉积、分子束外延、喷射热解等 ； 第三种主要 包括快速凝固技术 等 。现在 右 , 离理论转化效率 20%还有一定的差距。除了改变现有方法的参数以外 , 还可以用其它一些技术 , 如可以用掺杂技术 , 用 用 可以用叠层技术来提高转 化效率 , 降低成本。 （ 1） 光学性质 常温下禁带宽度一般为 而吸收系数非常大 ， 这样高的吸收系数 , 可使薄膜做得很薄 , 从而降低成本 , 理论 上 征太阳能电池光学性质的主要参数有透射率 、折射率、吸收系数等 , u/接近于 1时 , 透射率达到最大。 u/ 这主要是由于随着温度的升高 , 晶化程度变高 , 结构紧密 , 故折射率增大。吸收系数随着禁带宽度的增加而增大 , 而在 吸收系数急剧 上 升。对吸收系数也有很大的影响 , 在弱吸收区 ，当 时 , 吸收系数趋于最小。这是由于 当 时贵州民族学院毕业论文 11 由于薄膜中存在缺陷从而有利于吸收的缘故。 当 时 , 禁带宽度最小而其晶格常数最大。 （ 2） 电学性质 既可以制得 也可以制得 为一般在太阳能电池中都要形成 正是由于在同一材料中可以制得 这样可以减少太阳能电池的不稳定性 , 提高太阳能电池的性能。目前一般可以通过改变薄膜中 也可以通过改变制备材料过程中的其它参数来实现。一般来说在某一区域内如果 型 , 而 型。目前还不清楚 文献报 导 , 用硒化法得到的 由于其表面 型 , 薄膜内部由于 型。这主要是由于在上述系统中 故 而由于 所以在后段沉积过程中 于在用光电化学的方法检测样品导电类型时得到样品呈 而用能量的方法检侧同一样品时得到样品呈 所以有人提出所谓的表面、内部导电模型。模型指出用光电化学检测时 , 测得的是样品的内部故呈 而用能量的方法检测时测得的是样品的表面故呈 满地解释了由于用不同方法得到样品导电类型不同的矛盾。通过以上分析知道可以改变一些实验参数如溶液浓度、沉积电位等来改变 从而得到所需的导电类型。 发展趋势 目前的研究还只是处于试验阶段，尚待解决的问题有： （ 1） 提高转化率，降低成本，适应大规模生产，迈向实用化，是目前最主要的问题。 （ 2） 目前还缺乏一个完整的理论模型指导实验，如不同的制备 方法中薄膜的生长的机理问题及不同实验参数对薄膜性能的影响。 （ 3） 由于 n、 果大规模生产势必会带来环境问题，在不降低其性能的情况下，用其他元素代替合金中有毒元素及贵重元素。 （ 4） 不同实验参数对 学性质、化学缺陷影响的研究有待进一步完善，从而可以得到最佳的工艺条件。 解决上述问题的主要手段有，寻找一种新方法，发展先进的工艺，以提高转化效率，降低成本，适应大规模生产 ；在原有方法的基础上，探索各种实验参数，从而得到最佳的工艺参数；掺杂不但可以降低成本，提高转 化效率，也可以解决环境问题的元素。目前一作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 12 般用 n， 替 何找到新的廉价、无毒元素来掺杂使非常重要的一个方面；另外目前利用叠层技术使薄膜可以充分吸收不同区域的太阳光，从而提高转化效率。 菁铜类光电材料 3 3 1 酞菁铜的研究进展 酞菁 ， 是一个二维的平面大环共轭分子，具有 18丌电子芳香结构。这种独特的二维 丌电子离域结构赋予了酞菁优秀的物理和化学性质。 酞菁是在 1907年，由英国的 A C 1927年，德国弗来堡大 H 到了第一个酞菁金属配合物 酞菁铜。 1934年， R P 出作为配体的酞菁具有四个异吲哚单元，分子整体是一个具有高度共轭的 丌 首次使用“ 即中文“酞菁 )一词。 3 3 2 酞菁铜类光电材料的性质 (1)酞菁配合物的紫外可见吸收光谱 酞菁配合物的一个重要特性是其在可见光区域 (600强的吸收带 (。对其在紫外 常，人们最为关注的是 相应的分子轨道定域于酞菁环，对酞菁分子的结构和所处的环境非常敏感。 置、数目以及分子间的聚集形杰等因素密切相关。 (2)酞菁配合物的热稳定性 固态金属酞菁配合物在热作用下的稳定性，对其应用具有实际意义。通常采用的研究手段有差示扫描量热法 (热重法 (差示热重法 (研究结果表明：无取代金属酞菁配合物在 氮气或空气中的热重曲线通常只有一个失重峰，对应于酞菁环的破坏。一般认为，鳌合物的配位键强度与热分解温度成反比关系，因为热分解时配位键不断裂而在鳌合环上断链，配位键越强则鳌合 环 上的键越弱并易于断裂。周环取代金属酞菁配合物的热分解过程较为复杂，其热重曲线形状与取代基团关系密切，热分解可能分步进行。 取代基团的类型对酞菁环热分解起始温度有影响，这可能与取代基团的电子效应相关，取代基使酞菁环上相应电子密度的分配发生变化，从而鳌合环与配位键的强度均发生变化。 贵州民族学院毕业论文 13 (3)酞菁配合物的导电性 酞菁铜的载流子迁移率在所有的有机 化合物中是最高的，达到 75V s，但其导电性能仍很差，聚酞菁铜因共轭加大，其导电性能可提高 12个数量级。 3 3 3 酞菁铜在太阳能电池中的用途 酞菁铜是一种常见的化学染料，其结构与血红素、叶绿素等生物的基本结构具有相似之处，在颜料、染料和油墨等工业中占有重要地位。由于酞菁铜分 子 具有大的共轭体系致使它不仅具有优异的化学稳定性、热稳定性、难燃性以及耐光、耐辐射性能，而且还具有导电性、光电导性、气敏性、电致发光、光存贮性、催化活性和仿生特性等，目前正发展成为一种多功能材料，在工业和日常生沽中将得到广泛的应 用。用酞著铜制作半导体器件、太阳能电池和整流装置等己研究了较长时间，近年来对其在复印鼓、液晶光阀、气体传感器和低维导电材料等方面的应用进行了大量的研究。 酞菁类化合物在可见光区不仅吸收范围宽、吸收系数大，而且具有极好的光稳定性，因此酞菁类太阳能电池的研究也十分引人注目，目前其光电转换效率可达到 2% 利用酞菁铜的光伏效应，可以制成有机太阳能电池，结构如图 6所示。但就 目 前而言，酞菁铜太阳能电池的转换效率与无机硅太阳能电池相比，还显得较低。为提高酞菁铜太阳能电池的光电转换效率很多研究者作了大量的作，在改善 酞菁铜太阳能电池性能方面而取得了一定进展。如在酞菁铜中掺杂 变物质的结构形成 P 用 些方法都对提高酞菁铜太阳能电池的光电转换效率有积极的作用。 作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 14 图 6 聚酞菁铜 虽然酞菁类化合物能使光电池的性能有很大的提高，但是有研究表明，当用酞菁做材料制备光电池时，应该考虑其晶型，因为光生载流子产率与材料的晶型有关。酞菁中心金属的改变会影响整个电池的光电性能，对酞菁的选择必须要综合全面考虑。 贵州民族学院毕业论文 15 第 4章 我国及世界光电材料研究 现状 材料科学中 的应 用 （ 1） 电致发光材料 随着信息社会的快速发展 ， 用于低能耗、轻便、大面积、全色平面显示器的电致发光器件颇受亲睐 。 以前大多采用无机薄膜磷光粉材料 ， 但无机器件由于脉冲激发而需要较高电压 ， 并且外围设备较昂贵 。 自从 C. W. 报道了高亮度的有机电致发光器件以来 ，由于有机材料潜在的分子水平上可设计性 , 有机薄膜电致发光器件的研究工作取得了相当的进展 ， 得到了红、绿和蓝色电致发光器件 。 目前 ,有机电致发光器件一般采用薄膜结构 ， 此结构可有效控制带电载流子和分子激发在有机薄膜层内的运动 ， 并且可以实现将带电载流子和激子局域于设计的区域 。 有机电致发光材料有无机材料无法比拟的优点 :广泛的可选择性、优良的机械性能、可与集成电路相匹配的低直流驱动、高亮度和高发光效率等 。 另外 ,有机电致发光材料还可提供各种不同色调的发光 ， 包括无机材料很难得到的蓝光 。 由于有机电致发光材料的一系列优点 ， 已引起科技界和大公司的浓厚兴趣 ， 彩色显示的初级产品已经问世 ， 据估计每年将有 40 亿美元的市场需求 。 （ 2） 信息传输和存储材料 近 10年来由于 兴起 及高速发展 ， 对通讯速度和容量的要求越来越高 。 光纤通讯技术是目前速度最快、容量最大、质量最高的技术 ， 可以最快的速度提供最优美的音质和最清晰的图像 ， 是解决高低耗宽频通讯技术的最佳途径 。 但光纤通讯的发展仍有许多有待突破的瓶颈 ， 如光纤的铺设成本太高 ， 耗时太长 ， 最后一段接入用户的技术过于复杂 。 石英光纤由于纤芯很细 ， 在光纤耦合互接中需要高精度对准 ， 直径为数十微米的石英光纤在局域网中连接成本昂贵 ， 而直径大于 100 m 的石英光纤由于材料脆性以及弯曲性能不好 ， 不适于多节点的局域网 ， 所以现代通讯只有主干线采用石英光纤 ， 而人 户后改为带宽仅为几兆比特的双铰铜线等 ， 成为制约高速高容量通讯工程中的瓶颈 。 正在研究的分子塑兆纤具有较高的光学透过性、光均匀、高折射率、低光损耗等优良特性 ， 具有 1 3 s (带宽 ) 的传输能力 ， 一旦投人实用 ,将具有巨大的经济效益 。 存储材料始终是信息功能材料的研究重点之一 ， 高密度、可重复写入和擦除的多维信息存储将是本研究领域的重要研究内容 , 司的巨磁阻硬盘已规模化大生产 ， 而新兴的光存储材料将具有更大的发展潜力 。 研究高效新型的信息存储材料 ， 将会有力地促进信息产业的发展 。 （ 3） 光 电催化材料 以半导体纳米微粒进行光催化反应研究主要集中在 :光解水、光催化降解污染物、作者：岑远禄（计算机与信息工程学院 06 级电子信息科学与技术专业学生） 指导老师：任丽蓉 16 原固定化及催化有机合成等方向 。 纳米半导体微粒催化剂普遍表现出优于体相半导体的光催化性能 。 在硫化锌光催化还原二氧化碳的实验中发现 ： 米颗粒的直径对反应的选择性与催化活性影响很大 。 随着 粒的减小 ， 其催化活性与产物甲醛的选择性增大 ， 是一种很有前途的光电材料 。 球光电产业 的 发展 二十世纪九十年代以来 ， 世界光电子产业和光电应用正在以爆炸性的速度增长。光纤正在从远距离的信 息传输扩展到局域网甚至芯片到芯片的应用 ， 发光二极管从单色跨越到整个彩色光谱 ， 显示器件从笨重的 渐向超薄超轻的平面显示器件发展。根据世界半导体贸易组织的统计数据 ,从 1995 年到 2000 年 ， 世界光电产业的年均增长速度超过 25 %，远远高出同期整个半导体产业年均 10 %多一点的增长速度。 2001 年世界光电市场规模约为 1582 亿美元 ， 专家预计未来 10 年内 ， 光电子产业的市场规模将达到 5 万亿美元 ,成为二十一世纪的最重要的明星产业和支柱产业之一。 同集成电路产业对半导体材料的依赖一样 ， 光电材料是整个光 电产业的基础和先导。主要的光电材料系统包括 V 族的化合物半导体光电材料、有机半导体光电材料、无机晶体和石英玻璃等。 V 族的元素可以任意组合形成许多化合物半导体材料 ， 例如。晶格常数、禁带宽度和吸收 / 发射光波长是决定化合物半导体材料光电属性的三个最重要的参数。目前 ， 大多数商用半导体光电器件由 、 和化合物半导体材料系统制成广泛用于光通信网络、光电显示、光电存储、光电转换和光电探测等领域。 由光电材料制成的光电器件和产品正逐渐应 用于信息产业的每一个重要环节 ， 其中 ，光通信及其相关组件系统、光电显示和光存储是目前光电产业最主要的三个应用领域。 在光通信产品与相关系统及其组件方面 ， 国内外主要发展的光电产品和系统包括新型的光纤光缆、 10s 以上的超高速、大容量 传输系统、密集波分复用光纤通信系统、 IP 统、全光网络产品与系统、光有源器件、光无源器件、光子集成和光电集成器件和模块。 在光电显示领域 ,以液晶显示 (为主流的平面显示器件产品正逐渐蚕食传统的阴极射线管 ) 市场。等离子显示屏在 42 英寸以上的大尺寸彩电已经实现商品化并占据主导地位 ； 被誉为梦幻显示的有机电致发光显示器件 (D) 也开始在手机、数码相机、小尺寸显示领域得到应用。 蓝光发光二极管 (L 的研制成功和商用器件的面世 ， 为 L 品的全彩显示和白光照明提供了可能 ，