光电材料

有机光电材料
是一类具有光电活性的有机材料，广泛应用于有机发光二极管、 有机晶体管、有机太阳能电池、有机存储器等领域。有机光电材 料 通常是富含碳原子、具有大π 共轭体系的有机分 子，分为小 分子和聚合物两类。 与无机材料相比， 有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制 备和 柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构 组成和 宽广的性能调节空间，可以进行分子设计 来获得所需要的性能， 能够进行自组装等自下而 上的器件组装方式来制备纳米器件和
• 成本不断下降
新摩尔定律，也叫做光学定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月 增加1倍，而价格降低1倍。而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。 显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有线电视网 的最主要传输手段
红外/毫米波双模材料（红外透波材料的发展方向）
• 这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。 • 目前，还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要
有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要
求。高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。 • 红外材料的应用： 包括各种 导弹的制导、红外预警（包括探测、识别和跟 踪、预警卫星、预警飞机、侦察机）、观察瞄准（高能束 拦截武器等）。
• 通常 光纤 与 光缆 两个名词会被混淆。多数光纤在 使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被 称为光缆。光纤外层的保护层和绝缘层可防止周围环 境对光纤的伤害，如水、火、电击等。光缆分为：缆 皮、芳纶丝、缓冲层和光纤。光纤和同轴电缆相似， 只是没有网状屏蔽层。中心是光传播的玻璃芯
光纤材料优势
多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺 点
红外透波材料
• 目前，在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、 人工多晶锗、氟化镁、人工蓝宝石和氮酸铝等，特别是 多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外 材料是红外透过材料当前研究发展的重点方向之一，国 外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料，如美国的 LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。
• 按尺度分类
纳米光电材料：是指颗粒尺度介于1-100nm 之间的光电材料 块体光电材料：是指颗粒尺度大于 100nm的光电材料.
有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地、江苏省柔性电子重点实验室、 南京工业大学先进材料研究院黄维院士领衔的IAM团队在有机合成材料中成功 观察到这种长余辉现象，研制出纯有机的“夜明珠”。相关成果在国际顶级学 术期刊《自然—材料》(Nature Materials)上发表，引起了业界广泛关注。并将 发光持续时间延长至56秒，从而研制出世界上首例室温有机长余辉发光材料。
• 耐高温红波透过材料（红外透过材料发展的另一个重要方向）
• 高速飞行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的 风砂雨水的冲刷和浸蚀，影响红外透过材料的性能，因此需要一系列新 型的理想新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000℃应具有下 列特性：在使用波段内具有高透过，低热辐射、散射及双折射，高强度， 高导热系数，低热膨胀系数，抗风砂雨水的冲击和浸蚀，耐超声波辐射 等。
• 最近研究较多的耐高温红外透过材料有 镁铝尖晶石、兰宝石、氧 化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物ALON 等。镁铝尖晶石 是 优先选用的性能优良的耐高温红外透过材料，它可透过200nm到6μm的 紫外、可见光及红外光。单晶监宝石也是一种耐高温红外材料，它可 透过从远紫外0.17μm到6.5μm的红外光，用新研制的热交换法晶体生 长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化 钇的透过波长为8μm，在氧化钇中掺入氧化镧，材料强度提高30%，光 学特性不变。由于高温下具有很高的硬度，所以它具有很好的抗冲击、 抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要 求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。
频带宽
• 频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高，可以传 输信号的频带宽度就越大。目前单个光源的带宽只占了其中 很小的一部分，采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围 内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频 道。
损耗低
• 在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz信号时， 每公里的损耗都在40dB以上。相比之下，光导纤维的损耗则 要小得多，传输1.31um的光，每公里损耗在0．35dB以下若 传输1.55um的光，每公里损耗更小，可达0．2dB以下。这就 比同轴电缆的功率损耗要小一亿倍，使其能传输的距离要远 得多。 • 此外，光纤传输损耗还有两个特点，一是在全部有线电视频 道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必须引入均衡 器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而变，不用担心因环 境温度变化而造成干线电平的波动
硅薄膜太阳能电池转化率世界纪录被刷新
硅薄膜太阳能电池的发展史年代电池
1954 年单晶硅太阳能电池 1956 年GaAs 太阳能电池 1958 年装备卫星的太阳能电池 1972 年多晶硅、GdTe 太阳能电池 1973 年石油危机 1975 年P -N 控制容量的a -Si 太阳能电池 1976 年a -Si 太阳能电池 1979 年用连续的、分离的反应室法制备集成型a-Si 太阳能电池 1980 年为电子计算器供电的a -Si 太阳能电池 1981 年a -SiC/ a -Si 异质结太阳能电池 1988 年全球环境期刊报导与建筑材料相组合的a-Si 太阳能电池 1990 年装备在飞越美国大陆的轻型太阳能飞机上的a-Si 太阳能 电池
日本最大的几个研究中心包括先进工业科学和技术研究所 （AIST）、光伏发电技术研究协会（PVTEC）、夏普、松下和 三菱,日前宣称，他们开发出的一种三结薄膜硅太阳能电池获 得了13.6%的稳定转化效率，成功打破了此前报道的13.44%的 世界纪录。研究人员称，如果进行一些合理化改进，其效率可 达14%以上。
光电材料
——第七组
主讲人：刘丽鹤
目录
概念
原理 种类 用途
光电材料
是指用于制造各种光电设备的材料
（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）
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.
以n 型单晶硅为例, 当两个具有不同功函数的材料接触时, 由于它们的化学势 不同, 在界面附近会发生相互作用.由于ITO(In2O3 :SnO2)透明导电玻璃是良导 体;它们接触时, 电子从单晶硅一侧流向ITO 一侧, 直至达到平衡状态;这时硅 带正电形成电子耗尽层, 能带向上弯曲。 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.
• 工作性能可靠
组成该系统的设备越多，发生故障的机会越大可靠性小。因为光纤 系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自 然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，无故障工作时间达50万～75万小 时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。 故一个设计良好、正确安装调试的光纤系统的工作性能是非常可靠的。
分子器件
有机发光二极管
有机电致发光的研究工作始于 20 纪 60 年代, 1987 年柯达公司 的邓青云等人采用多层膜 结构，才首次得到了高量子效率、高 发光效率、高亮度 和低驱动电压的有机发光二极管（OLED）。 这一突 破性进展使 OLED 成为发光器件研究的热点。 与传 统的发光和显示技术相比较，OLED 具有驱动电压 低、体 积小、重量轻、材料种类丰富等优点，而且容易 实现大面积制 备、湿法制备以及柔性器件的制备。 近年来，OLED 技术飞速 发展。 2001 年，索尼 公司研制成功 13 英寸全彩 OLED 显示器，证 明 了 OLED 可以用于大型平板显示；2002 年，日本 三洋公司 与美国柯达公司联合推出了采用有源 驱动 OLED 显示的数码相 机，标志着 OLED 的产 业化又迈出了坚实的一步；2007 年，日 本索尼公司推出了 11 英寸的 OLED 彩色电视机,实 现 OLED 在 中大尺寸、特别是在电视领域的应用,有机晶体管材料和器件
• 按用途分类
光电转换材料：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 光电催化材料：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
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按组成分类
有机光电材料：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：由无机化合物构成的半导体光电材料。 有机 光电配合物：由中心金属离子和有机配体形成的光电功 能配合物主要有 ，联吡啶合钌类配合物等 。
光纤材料
• 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑 料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原 理是‘光的全反射”。 • 微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够 弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发 射装置使用发光二极管（LED）或一束激源自文库将 光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装 置使用光敏元件检测脉冲。 • 在日常生活中，由于光在光导纤维的传导损 耗比电在电线传导的损耗低得多，光纤被用 作长距离的信息传递。
红外探测材料
红外材料
红外透波材料
激光材料
光电材料
光纤材料
非线性光 学材料
红外探测材料
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包括 硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、汞）、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、 氧化镁 等一系列材料，锑化铟 和 碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料。
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碲镉汞可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏特及光磁电等
重量轻
• 直径小、重量轻，安装方便。
• 抗干扰能力强
因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用， 故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。不易被窃听，利于 保密。
• 保真度高
因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引入新的非线性 失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。
许多因素都可能导致光诱导降解硅太阳能电池 应对措施是在衬底采用蜂窝结构: 此前蜂窝状纹理大多用于单结太阳能电池，其仅由一个 半导体材料制成，只吸收一个波长的光。 而在新研究中，科学家发现这种结构同样可用于多结太 阳能电池，这类电池可以吸收多个波长的光，比单结电 池具有更优异的陷光性能。为进一步提高效率，他们还 对蜂窝纹理进行了精细的控制，并加入了一种蛾眼结构 的防反射膜。
一是开发出具有先进光捕获能力的薄膜硅太阳能电 池；二是在只有4微米厚的微晶吸收层上实现了每 平方厘米34.1毫安的光电流密度。
佐井田村指出，太阳能电池只要暴露在光照、湿度、 温度等条件下，转换效率就会发生一定程度的衰减， 因此大多数太阳能电池都通过“初始”效率来进行 评价。如果电池是像晶体硅这样的材料，性能上还 相对稳定；而如果涉及无定形硅即非晶硅，情况将 完全不同，在经过暴晒后其导电性能会显著衰退， 这种特性被称为SWE效应。
激光材料
激光技术与原子能、半导体、计 算机并称二十世纪四大发明. 自1960 年第一台红宝石激光 器问世以来, 人们对激光材 料进行了广泛的研究与探索. 按激活离子分类, 产生了两大类 别的激光材料与器件： 3dn 电子构型的过渡金属离子 类激光材料和4f n 电子构型 的稀土离子类激光材料.
目前固体激光器正寻求在可见和近可见光谱范围波长可调，为此而发现的可调谐 激光晶体已有30多种，其中，Cr3 离子掺杂新晶体具有较高受激辐射截面和低饱 和能量密度， 波长范围是：Cr3 :LiCaAlF3为0.72～0.84μm、Cr3 :LiSrAlF6为0.78～1.01μm， 特别是Cr:LiSAF，它的饱和能量密度为5J/cm2，在 激光调谐范围，荧光寿命、 激光效率、热透镜效应 等方面具有良好的性能。