有机复合光电功能材料与器件领域的前沿与热点

1、热点聚焦有机复合光电功能材料与器件领域的前沿与热点陈红征施敏敏（浙江大学材料与化学工程学院，杭州310027）2008年6月47日，“有机复合光电功能材料与器件国际研讨会”（Internationalworkshoponorganicandorganic蛐inorganiccompositeoptoelectr-onicmaterialsanddevices）在浙江大学召开，这次会议由浙江大学、清华大学和斯坦福大学联合主办，会议主席为浙江大学的陈红征教授、清华大学的邱勇教授和斯坦福大学的鲍哲南（ZhenanBao）教授。来自美国罗彻斯特大学（UniversityofRochester）、斯坦福

2、大学（StanfordUniversity）、华盛顿大学（UniversityofWashington）、佐治亚理工大学（GeorgiaInstituteofTechnology）、LawrenceLivermore国家实验室、IBM公司TJWatson研究中心以及比利时欧洲高校联合微电子中心IMEC）的8位本领域的顶级外籍专家以及国内香港大学、香港科技大学、清华大学、山东大学、北京大学、浙江大学、吉林大学、武汉大学、华南理工大学、南京大学、中科院长春应化所、中科院化学所、中科院半导体所、湖南大学、南昌大学、浙江工业大学、宁波大学、杭州电子科技大学的41位从事有机复合光电功能材料与器件研究的教

3、授和专家参加了会议，并作了23场精彩的学术报告。研讨会共收到论文26篇，出版论文集1本。有机半导体材料与无机半导体材料相比，具有分子和能级结构通过化学修饰可调、响应快、易加工成大面积柔性器件且价廉易得的优点，因此在太阳能电池、晶体管、新型平板显示及照明器件、高密度存储以及生物传感等诸多领域有广阔的应用前景。然而，有机材料的稳定性一般较差，而无机材料具有电子结构多样性和热、光与化学稳定性好等特征，但不易加工成型，且成本较高。因此，实施有机陈红征:教授，博导。Tel:057187952557无机材料的功能复合，寻求功能互补、协同优化的条件，以获得综合性能更优异的光电功能材料，是当今光电材料研究的热

4、点与前沿，倍受人们关注。会议首先由浙江大学副教务长郑强教授致欢迎词，然后由美国工程院院士、罗彻斯特大学化工系教授CWTang博士作大会报告。Tang博士是有机发光二极管(OLED)的发明人，并在有机电致发光和有机光伏器件(太阳能电池)领域都做出了杰出的和开创性的贡献，被称为“有机电致发光和有机光伏器件之父”，在国际上享有很高的声誉和学术地位。他的报告题目是“OrganicElectronicsOpportunitiesandChallenges”。在报告中，Tang博士阐述了有机光电材料及器件的发展历程，以及所面临的机遇与挑战。他首先指出了有机半导体在光电领域中的五大应用领域：液晶（LCD）、

5、有机光导体（OPC）、有机发光二极管(OLED)、有机光伏电池（OPV）和有机薄膜晶体管（OTFT），不同的应用领域要求有机半导体性能各不相同，如不同的迁移率、工作电压和电流密度等。目前，LCD在平板显示领域、OPC在激光打印和静电复印方面得到了普遍的工业化应用；OLED已经在显示领域中实现小规模的商业化应用，包括OLED电视、手机和PDA等，而高于50lm蛐W的功率效率，使得OLED有希望成为一种高效节能的照明光源，但OLED现存的主要问题是发蓝光的OLED的效率和寿命不如人意，另外OLED还需解决大面积成膜技术，大幅度降低成本，以确保与其他平板显示技术的竞争优势。而OTFT的性能近几年来取

6、得显著的进展，数种有机材料的迁移率已达到和超过非晶硅的迁移率，即将迈入商业化门槛。因此，OTFT的发展方向是一方面要进一步提高迁移Email:hzchenzjueducn232009年第期国际学术动态（率，达到多晶硅的程度，以便用于平板显示的驱动电路，另一方面是要解决有机绝缘体界面不稳定，以及阈值电压工作时飘移等严重问题。对于OPV，离实际应用还有较大距离，限制其光电转换效率提高的主要因素是：对太阳光的吸收不充分，较短的激子扩散距离，以及较低的载流子迁移率等等。针对这些问题，Tang博士特别从物理机制的角度分析了原因，并分别从材料设计和器件结构改进等方面提出了研究对策。Tang博士的报告引起了

7、在场100多名参会者的热烈反响，对相关问题开展了深入的探讨和交流。接着，会议围绕着有机发光二极管(OLED)、有机光伏电池（OPV）、有机薄膜晶体管（OTFT）和有机光电功能材料在生物领域中的应用等4个主题进行了分会报告。关于有机薄膜晶体管（OTFT），美国斯坦福大学化工系教授鲍哲南（ZhenanBao）作了题为“MaterialsforThinFilmFlexibleElectronics”的报告。在报告中，鲍教授首先介绍了她的课题组采用十八烷基三氯硅烷(OTS)修饰OTFT的SiO2表面，然后将OTS单分子层有序排列，来除去SiO2表面的羟基，钝化表面，降低成核密度，在OTS单分子层上生长

8、出更大的有机半导体晶体，大幅度减少晶界的产生，结果使OTFT的迁移率提高了1个数量级以上；接着，她又针对并五苯（Pentacence）稳定性差的缺点，在Pentacence的6、13位上引入大的取代基，如三异丙基硅基乙炔基（TIPS），以及用噻吩环取代Pentacence两端的苯环，来提高HOMO能级，调控有机半导体分子堆积的方式，获得了良好空气稳定性的、迁移率大于1cm2蛐(Vs)的有机p型材料；最后，她还介绍了如何在现有有机半导体分子上进行2009化学改性，调控LUMO能级来获得双极性有机小分子和高分子电荷传输材料的方法和最新结果。美国年第IBM公司TJWatson研究中心的DavidBM

9、itzi1期博士做了题为“HybridPerovskites:FromBasicChemistrytoDeviceApplications”的报告，在报告国中，他介绍了一种新型的有机无机复合半导体材际料杂化钙钛矿结构材料。杂化钙钛矿结构材料学是能够自组装形成层状结构的化合物，在层状结构术中，无机层与有机层交替排列，形成了二维的超晶格动量子阱结构。杂化钙钛矿结构材料把有机和无机分态子有序地复合在一个单分子上，将二者的优点结合24在一个分子复合物内，能在分子水平上改变其化学和光电性能。无机组分的晶体结构和坚硬框架，及强的共价键和或者离子键提供了高迁移率、热稳定性，而有机成分提供了通过分子裁剪改变光

10、电性能以及良好的自组装和成膜性能，能够使杂化材料像有机材料那样能低温和低成本地加工。因此这种新型的有机无机杂化钙钛矿结构材料在光电领域显示出广阔的应用前景和巨大的商业市场，引起了广泛关注。DavidBMitzi博士介绍了基于SnI2以及相关钙钛矿复合材料的最新进展，包括引入各种有机阳离子以及它们对于材料光学、电子、热性能的影响。有机阳离子可用来改变分子内结构，调节无机材料的带宽及其与无机材料的化学相互作用。另外，还讨论了一些低温制备钙钛矿薄膜的方法以及这些薄膜在器件中的应用。特别指出，熔融制备钙钛矿薄膜已可用于场效应管，相比于旋涂法获得的膜，熔融法可以改善晶粒的结构，且过程简单，可与刷涂的方法

11、媲美。通过该方法获得了迄今为止在该体系中最高的场效应迁移率值(sat2cm2蛐(Vs)。中科院化学所的刘云圻教授作了“StudiesonElectrodesofOrganicFieldEffectTransistors”的报告。他们在Cu电极上生长纳米级的CuTCNQ络合物，代替昂贵的Au电极，提高电极功焓，改善与有机半导体材料的相容性和接触，有利于载流子的注入，获得了高迁移率的OTFT。他们也尝试使用新型电极材料Graphene来制备OTFT，取得了较好的效果。中科院长春应化所闫东航研究员介绍了他们采用两种酞菁化合物制备有机异质结，获得了双极性的OFET，并据此对有机异质结进行了分类。另外，

12、中科院长春应化所的耿延候研究员和中科院化学所的胡文平研究员也分别作了“MicroandNanometerSizedOrganicSingleCrystallineTransistors”和“ApplicationofNaphthalene，AnthraceneandPhenanthreneonDesignandSynthesisofOrganicSemiconductors”的报告，武汉大学秦金贵教授介绍了他们在有机三阶非线性光学材料方面的最新进展。在有机光伏电池（OPV）领域，美国Stanford大学的PeterPeumans博士作了题为“TheImpor-tanceofNanostruct

13、uresinOrganicPhotovoltaics”的报告。首先，报告简要介绍了有机薄膜太阳能电池的良好应用前景以及其工作原理。其次，Peumans教授提到制约有机薄膜太阳能电池性能提高的一个很热点聚焦重要因素是器件中采用的透明电极如ITO玻璃等衬底价格昂贵、透光率不高等。他的课题组通过溶液法制备了碳纳米管和银纳米线栅的透明电极材料，SemiconductorMaterialsandPhotoelectricConv-ersionDevices”的报告，重点介绍了他们将共轭聚（如ZnO）合物（如PPV等）与无机半导体纳米晶发现该电极具有更好的太阳光透过率，基于此电极材料制备的太阳能电池器件表

14、现出良好的性能。同时，他们把该电极材料推广到制备有机发光二极管。接着，Peumans教授提出是否能够通过金属纳米结构的等离子极化效应来增加光电场，以达到增强光吸收的目的。他们通过引入金纳米粒子到有机薄膜太阳能器件中，发现光吸收增强以及金纳米粒子产生电荷有效分离需要的高电场，从而改善了器件的性能。最后，采用理论模拟，对光伏电池的一些机理进行了解释。香港大学WaikinChan教授作了题为TheUseofTransitionMetalComplexesasPhotosen-sitizersinOrganicPhotovoltaicDevices”的报告。在报告中，WaikinChan博士制作了光伏

15、器件：ITO蛐CuPc蛐光敏剂:C60蛐C60蛐Al，作为光敏剂的三羰基氯化铼亚酰氨配合物的吸收光谱位于500600nm的位置，和器件中使用的C60很匹配，光伏器件的效率可以达到20。同时，WaikinChan博士还研究了基于三羰基氯化钌亚酰氨配合物和共轭共聚物器件的性能，结果表明：主链和侧基团均有位置不同的吸收峰，但ITO聚合物蛐C60蛐Al结构器件效率只有02，这和聚合物的较低的空穴迁移率（104cm2蛐Vs）有很大的关系。另外，WaikinChan博士已经可以用旋涂的方法将聚合物在竖直长有ZnO纳米棒的基底上成膜，作为染料敏化太阳能电池的敏化剂，为器件大规模的制作应用，提供了很好的基础。

16、中科院化学所的李永舫教授作了“ConjugatedPolymerPhotovoltaicMaterialsandPolymerSolarCells”的报告。他首先介绍了在聚噻吩的3位上引入噻吩乙烯基，发现聚合物的吸收光谱是一个覆盖350nm至650nm的宽而强的吸收谱带，基于这种聚合物的太阳能电池能量转换效率达到318，在同等条件下，比最广泛使用的聚（3己基噻吩）P3HT）效率提高38；接着，他们又合成了一系列可溶性有机半导体树枝状分子，制备了全有机（不含C60及C60衍生物）的太阳能电池；最后，他们还制备了四臂状CdSexTe1x纳米晶，并与MEHPPV复合制成有机无机复合太阳能电池，其光谱

17、响应范围扩展至900nm。中科院半导体所的曲胜春研究员作了题为“TheResearchonHybridOrganic蛐Inorganic复合制备太阳能电池的工作，最高能量转换效率为147。华南理工大学的陈军武教授作了“HighlyEfficientGreenLightEmittingDiodesandPhotovoltaicPerforma-ncesBasedConjugatedSiloleContainingPolymers”的报告，最精彩的部分是基于Silole共聚物的有机太阳能电池，效率达到了世界顶尖水平的5。浙江大学陈红征教授作了Organic蛐inorganicOrderedNano

18、structuresforOptoelectronicApplications”的报告，介绍了她的课题组制备无机半导体纳米阵列，以及利用这些阵列来解决有机太阳能电池中电子与空穴传输不平衡的难题。另外，吉林大学的马於光教授也作了“TheSynthesis，CharacterizationandOptoelectronicPrope-rtiesoftheCruciformOligo(phenylenevinylene)swithaBiphenylLinkageCenter”的报告。关于有机光电材料在生物领域中的应用，比利时联合高校微电子中心（IMEC）副总裁GustaafBorghs博士作了题为“

19、ArtificialSynapses:InterfacingNerveCellsandElectronicsatMicroandNanoscale”的报告。在报告中，GustaafBorghs教授提出，神经细胞和其他神经组织利用复杂信号转换路径来控制如生长、分化、感知、记忆和认知等生理过程。这些复杂过程中潜在的基础生理机理包括了离子传输和其他呈现在细胞膜和突触上的离子通道水平的化学信标。生物电子复合体系利用神经系统组分的电活性和化学活性，使其相互作用，从而为阐明神经信息传递机理提供一个有利的工具。在这样的系统中，处理生物体和硬件之间的界面问题的同时也需要处理体系中微米级和纳米级组分的界面问题。

20、美国佐治亚理工大学化学及生化学院教授Dickson博士作了题为“UltrabrightMetalNanoclustersforSingleMoleculeBioimaging”的报告。Dickson教授报告的主要内容是单链DNA支架辅助制备高荧光、水溶性银量子点及其光电性能的研究。这些开创性的工作曾发表在Nature、Science等刊物上，他所合成的贵金属纳米粒子在光电、生物标记方向有着重要的应用价值。在报告中Dickson教授指出，通过DNA序列的可调节性他们制得了十余种性能优异的银量子点发光材料，且发光峰覆盖252009年第1期国际学术动态“（“了可见光到近红外区段。这些单价、水溶性的高

21、稳定、高发光强度银量子点使得单分子荧光的观测时间提高到数小时。这些银量子点在复合中改进了现有的有机染料性能，且它们的高稳定性、高激发速率使得银量子点在光电领域可以替代大尺寸、强间歇性半导体量子点。总而言之，银量子点作为小体积无毒包覆剂，既实现了有机染料的光波可调节性，且实现了纳米材料的高发光性和高稳定性。美国LawrenceLivermore国家实验室JeffreyBHTok博士作了题为“AptamerbasedNanosensors(Aptasensors)forBiosecurityApplications”的学术报告。在报告中，Tok博士围绕生物纳米电子器件与技术的原理、制备、应用3个方

22、面进行了介绍。并详细介绍了他最近在利用多金属斑纹状纳米线制备便携式病菌探测工具平台方面的研究进展，Tok博士还发现由SELEX（指数富集配体系统进化）过程产生的DNA核酸适体可作为抗体的潜在替代品，DNA核酸适体和酶技术的无缝结合将会使探测灵敏度得到显著的提高。关于有机发光二极管(OLED)，香港科技大学化学系唐本忠（BenzhongTang）教授作了题为“AggregationInducedEmission”的报告。一般的有机发光材料在薄膜状态下激子会发生淬灭，荧光强度比溶液状态下弱；唐教授在国际上首次发现了Silole体系在溶液时基本不发光，而在薄膜状态下却发出很强的荧光，因此他们提出了“

23、聚集导致发光（AggregationInducedEmission）”的新概念，简称AIE。接着，他们通过化学结构修饰、溶剂极性改变以及高压测试等手段，证明AIE的机理是Silole分子在溶液下侧基的旋转导致激子的非辐射衰减，而在固体状态下，分子内旋转受到抑制，激子发生辐射2009衰减，产生荧光。他们还发现，Silole体系不但能制备高效率的OLED，还在有机太阳能电池、生物探测和年第超疏水材料等领域有潜在的应用。美国华盛顿大学1期化学系系主任AlexK·YJen教授作了题为“SelfAssemblyandInterfaceEngineeringforHigh国PerformanceOrganicElectronics”的报告。在报告际中，AlexK·YJen教授着重介绍了用于改进有机电学子和超分子电子器件性能的各种材料和界面工程方术法。在电子器件中，有机材料的性能强烈依赖于载流动态26子注入效率，载流子在金属有机界面的收集，电荷传输，载流子的复合分离。为了改善器件的整体性能，AlexK·YJen教授采取了两种平行的方法：设计新型的共轭高分子半导体和电荷传输材料，使用中性表面活性剂和功能自组装单层膜的方法修饰有机和电极的界面以调整势垒。同时还讨论了对半导体材料的设计来控制材料的能级，载流子迁移率及形貌。这些方法已被广泛应用于