基于MoO3居间层有机半导体器件的界面电子结构研究

摘要

在有机光伏器件中，常利用MoO3来充当阳极和有机空穴型材料之间的居间层，以降低空穴抽取势垒并兼有阻止电子抽取的功能，从而大大提高相应的有机太阳能电池的功率转化效率，促进其性能。为深入了解其物理机制，本文首先利用紫外光电子能谱(UPS)和角分辨X射线光电子能谱(AR-XPS)研究了空气暴露下MoOx薄膜的氧等离子气体处理效应。发现空气暴露下MoOx薄膜的功函数的降低能通过表面氧等离子体处理部分回升。经测量，总共功函数回升略大于64％，能为大部分空穴输运材料提供合适的空穴提取层。蒸镀制备而成的MoOx薄膜经氧等离子体处理后，表面形成一层很薄的富氧吸附层，导致功函数不能完全恢复。AR-XPS结果显示，氧等离子体处理后，氧元素和钼元素芯能级向低束缚能移动了约0.1 eV，并证实了蒸镀形成的MoOx薄膜上存在氧缺失。
　　然后研究了基于MoO3充当缓冲层的C60/TAPC/MoOx/ITO的界面电子结构演化和能级接合特点。在MoOx表面沉积TAPC后，TAPC/MoOx界面间由于电子从TAPC层转移到MoOx层，形成了1.58 eV的偶极子。TAPC层能带向下弯曲有利于空穴输运到TAPC/MoOx界面。在TAPC沉积厚度约为30(A)时，能级移动达到饱和。随后在TAPC上沉积C60形成了0.27 eV的界面偶极子，这是因为电子从TAPC层转移到C60层，导致C60/TAPC界面附近TAPC的HOMO能级下降，因此进一步加剧了TAPC的能带弯曲。从而有效增加了C60/TAPC异质结的最大开路电压。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文选题背景

1．2 有机半导体的电子结构

1．2．1 从单原子到固体电子结构的变化

1．2．2 有机固体中的能带及分子轨道

1．2．3 碳原子轨道的杂化

1．3 有机半导体的界面性质

1．3．1 金属和半导体中费米能

1．3．2 真空能接合

1．3．3 界面偶极子的形成

1．3．4 能带弯曲

1．4 MoO3居间层在有机半导体器件中的应用

1．5 本文研究内容和章节安排

2 实验技术和设备

2．2 实验技术

2．2．1 X射线光电子能谱仪

2．2．2 紫外光电子能谱

2．2．3 反光电子能谱仪

2．2．4 表面分析探针可能造成的表面破坏

2．3 样品制备

2．3．1 薄膜沉积

2．3．2 逐层测量

2．3．3 表面清洁和UHV要求

2．4 实验仪器

2．4．1 光电子能谱仪系统

2．4．2 反光电子能谱仪系统

3 空气暴露下MoOx薄膜的表面氧等离子体处理

3．1 概述

3．2 引言

3．3 薄膜的制备与表征

3．4 结果与讨论

3．5 本章小结

4 C60／TAPC／MoOx／ITO界面电子结构演化和能级接合

4．1 概述

4．2 引言

4．3 实验方法

4．4 结果与讨论

4．5 结论

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢