有机光电材料共121页文档
(完整版)光电材料
目录目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 22.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 22.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 32.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 32.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 42.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 42.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 42.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 52.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 52.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 62.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 62.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 62.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 72.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 72.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 73 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 74 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 84.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 84.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 84.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 94.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 95 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 101前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
【精品课件】有机光电功能材料
有机导电材料
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学家 Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1977年，发现掺杂碘的聚乙炔具有金属的特性
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。
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。
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。
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。
通过改善结构降低光伏电池成本的方法：
Fermi-golden rule
Science 2008(321):226-228
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。
有
1、能源（二次电池、太阳能电池、固体电池）
机
2、光电器件
导 电
3、晶体管
材
4、发光二极管
料 的 应
5、传感器 6、电磁屏蔽
用
7、隐身技术等等
三、我们实验室能做的工作
有机光电功能材料讲座第三讲121页PPT
Functional Materials
Magnetic materials Semiconductor spintronics Fuel cells and related technologies
Terahertz technologies （太赫，相当于百亿赫）
Piezoelectric, pyroelectric and ferroelectric materials Gallium nitride materials, devices and applications DNA nanofabrication Direct write materials Organic polymer electronics – the next revolution
6
塑料晶体管
Printable transistor and its building blocks
7
Highlight in materials science
The smallest T.V. screen in the would.
8
有机电子学 Organic electronics
Organic Light Emitting
12
Nano-Materials 纳米材料
13
New Foresight Report on Functional Materials
Six new foresight reports have been published by the IOM's Foresight Materials Panel, including "Functional Materials - Future Directions" and, "Smart Materials for the 21st Century". NPL have contributed to the Functional Materials report which includes recommendations on the following areas -
有机光电材料
有机光电材料
有机光电材料是一种具有潜在应用前景的新型材料，它们具有较高的光电转换效率、柔韧性和可塑性，适用于太阳能电池、有机发光二极管（OLED）、有机场效应晶体管（OFET）等领域。
有机光电材料的研究和开发对于推动可再生能源技术的发展、提高电子产品的性能和降低制造成本具有重要意义。
首先，有机光电材料在太阳能电池领域具有广阔的应用前景。
相比传统的硅基太阳能电池，有机光电材料具有较低的制造成本和更高的柔韧性，可以制成卷曲的太阳能电池片，适用于建筑物表面、车辆外壳等曲面结构的应用场景，具有良好的可塑性和适应性。
其次，有机光电材料在OLED领域也有着重要的应用价值。
OLED作为一种新型的平面光源，具有较高的亮度、对比度和色彩饱和度，而且可以制成柔性显示器件，适用于可穿戴设备、柔性屏幕等领域。
有机光电材料的研究和开发，可以进一步提高OLED的光电转换效率和延长器件的使用寿命，推动OLED技术在电子产品中的广泛应用。
此外，有机光电材料还可以用于制备OFET，用于柔性电子器件和柔性电路的制备。
有机光电材料的高载流子迁移率和较低的加工温度，使得它们适用于柔性基板上的电子器件制备，可以实现弯曲、折叠和拉伸等多种形变状态下的稳定工作，具有重要的应用潜力。
总的来说，有机光电材料具有广阔的应用前景和重要的科研价值，研究人员应该加强对其性能和制备工艺的研究，推动其在太阳能电池、OLED、OFET等领域的应用，为新能源技术和电子产品的发展做出贡献。
希望有机光电材料的研究和开发能够取得更多的突破，为人类社会的可持续发展和科技进步做出更大的贡献。
有机光电材料.课件
02
有机光电材料的特性
光学性质
吸收光谱
有机光电材料能够吸收特定波长的光，表现 出不同的吸收光谱。
荧光光谱
有机光电材料在受激发后能发射荧光，荧光 光谱是其重要特性之一。
发光效率
有机光电材料的发光效率高，能够在较低的 驱动电流下实现较高的亮度。
稳定性
有机光电材料的光稳定性较好，不易因光照 而分解或变色。
05
有机光电材料的挑战与前 景
面临的挑战
稳定性问题
效率提升
有机光电材料在光照、氧气和湿度等环境 因素下容易发生降解，导致性能下降。
目前有机光电材料的效率相较于无机材料 还有待提高，尤其是在光伏和LED等领域。
大规模生产
生物相容性和安全性
实现有机光电材料的大规模生产和应用， 需要解决工艺和成本等方面的问题。
跨学科交叉研究
结合生物学、化学、物理学等多学科知识，拓展有机光电材料在生物 医学、能源和环境等领域的应用。
工艺优化和成本降低
优化有机光电材料的制备工艺，降低成本，推动其大规模生产和应用 。
06
有机光电材料的实际应用 案例
有机发光二极管显示屏
总结词
有机发光二极管显示屏是利用有机光电 材料制成的显示技术，具有轻薄、可弯 曲、低功耗等优点。
详细描述
有机非线性光学材料具有较高的非线性系数和较短的响 应时间，能够实现高速、高效的光信号处理。在光通信 中，可以利用有机非线性光学材料实现光信号的调制、 解调、倍频等功能，提高通信容量和传输速度。
有机场效应晶体管在电子书中的应用
总结词
有机场效应晶体管是一种利用有机光电材料 制成的电子器件，具有高开关比、低噪声等 优点，被广泛应用于电子书等便携式电子产 品中。
有机光电材料的制备及在光电器件中的应用研究
有机光电材料的制备及在光电器件中的应用研究随着科技的不断进步，光电技术已经成为日常生活中不可或缺的一部分。
而在光电技术中，有机光电材料的研究和制备也日益引起了人们的关注。
这些材料广泛应用于 OLED、有机薄膜太阳能电池、有机场效应晶体管等电子学器件中，具有良好的光电性能和易于加工的特点，成为了未来光电领域中的重要一环。
一、有机光电材料的制备方法1. 化学合成法有机光电材料的化学合成方法多样。
其中，常见的有溶液法、水相法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。
溶液法是最常见的有机光电材料制备方法之一，它的原理是把一种或多种有机化合物溶解在适当溶剂中，形成均相溶液，并通过溶液的复杂反应，合成目标化合物。
2. 溶剂热法溶剂热法是一种通过热引发化学反应形成有机光电材料的方法。
其原理是在高温和有机溶剂的作用下，有机化合物发生聚合反应，形成有机光电材料。
相对于其他合成方法，溶剂热法能够快速合成大量均一分子量的高品质有机光电材料。
3. 印刷法印刷法是一种基于纳米颗粒的有机光电材料制备方法。
它将有机光电材料的颗粒印在透明导电薄膜上形成当量点阵，经过烧结、升温、加热等处理，最终形成有机光电薄膜。
二、有机光电材料在OLED中的应用研究OLED 作为新一代光电材料，利用有机电致发光材料的基本原理，将红、绿、蓝三种颜色的电致发光材料结合在一起，形成了具有自发发光的原理，从而实现了真彩的图像显示。
使用 OLED 技术的显示屏幕能够适应广泛的环境和特定需求，如手持阳光下的屏幕，电视屏幕等。
而有机光电材料作为OLED 的重要组成部分，在 OLED 中的应用研究也是当前的热门话题之一。
1.高亮度光电材料的应用研究传统 OLED 光电材料的发光效率已经趋于饱和，此时，研发出高亮度的有机光电材料成为一种必要选择。
高九聚物作为最具有希望的一种高亮度有机光电材料，大量研究在研发中。
该类有机光电材料的分子量达到几千，分子尺寸大，导致光致发光中心的相互作用受到控制，从而改善了发射效率。
(完整版)光电材料
(完整版)光电材料-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN目录目录 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1前言--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 2 有机光电材料 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 32.1光电材料的分类------------------------------------------------------------------------------------------- 32.2有机光电材料的应用 ------------------------------------------------------------------------------------ 42.2.1有机太阳能电池材料 -------------------------------------------------------------------------- 42.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池---------------------------------------------------- 52.2.3有机生物化学传感器 -------------------------------------------------------------------------- 52.2.4有机光泵浦激光器------------------------------------------------------------------------------ 52.2.5有机非线性光学材料 ------------------------------------------------------- 62.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料--------------------------------- 62.2.7聚合物光纤 ----------------------------------------------------------------- 72.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系-------------------------------------- 72.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------ 72.2.10 能量转换材料 ------------------------------------------------------------- 82.2.11 染料激光器---------------------------------------------------------------- 82.2.12 纳米光电材料 ------------------------------------------------------------- 83 光电转化性能原理-------------------------------------------------------------------------- 84 光电材料制备方法-------------------------------------------------------------------------- 94.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------ 94.2 溶胶-凝胶法---------------------------------------------------------------------- 94.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD） ---------------------------------------- 104.4 激光气相合成法----------------------------------------------------------------- 105 光电材料的发展前景 ---------------------------------------------------------------------- 111前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
有机光电材料.课件
提高有机发光二极管性能策略
材料优化
研发新型有机材料，提高发光效率、稳定性和寿命，降低 成本，推动OLED技术的广泛应用。
器件结构优化
通过改进器件结构，如采用多层结构、微腔效应等，提高 OLED的光电性能和色彩表现。
制造工艺改进
优化制造工艺，如提高薄膜制备质量、降低界面电阻等， 提高OLED的生产效率和良品率。
国内外研究现状及发展趋势
国内研究现状
01
介绍国内在有机光电材料研究方面的进展，包括科研
团队、研究成果及应用情况。
国外研究现状
02 概述国外在有机光电材料领域的研究动态，关注国际
前沿发展趋势。
发展趋势
03
预测有机光电材料未来的发展趋势，提出可能的研究
方向和挑战。
02
有机光电材料基础知识
有机光电材料分类
低成本
有机光电材料制备工艺相 对简单，成本较低，有利 于大规模生产。
有机光电材料应用领域
显示技术
OLED显示器具有自发光、高对比度、轻薄等优点，已广泛应用于 电视、手机等电子产品。
光伏技术
聚合物太阳能电池具有重量轻、可弯曲折叠等特点，适用于便携式 设备和特殊应用场景。
光探测技术
有机光电探测器具有高灵敏度、快速响应等特点，可用于图像传感 、光通信等领域。
溅射镀膜
利用高能粒子轰击靶材，使材料溅射出来并沉积在基底上。
分子束外延
在超高真空条件下，精确控制分子束流，实现高质量薄膜的外延 生长。
其他制备技术
化学气相沉积
通过气态反应物在基底表面发生化学反应，生成所需材料薄膜。
电化学沉积
利用电化学方法在基底上沉积材料，实现薄膜制备。
有机光电材料
有机光电材料的概念及类型
☺ 有机光电材料：
➢ 指具有光电转换功能的有机材料；及具有光、 电 特性的有机材料。也指用于制造各种光电设备的材料。
光能
电能
☺ 本次介绍的有机光电材料：
(1)导电高分子材料 （复印机的原理）
(2)光电转换材料 （太阳能电池、红外探测器）
(3)电致发光材料 (LED 显示器）
有机电致发光材料
有机电致发光(OLE)就是指有机材料在电 流或电场的激发作用下发光的现象。根据所使 用的有机电致发光材料的不同,人们有时将利 用有机小分子为发光材料制成的器件称为有机 电致发光器件,简称OLED;而将利用高分子作 为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发 光器件,简称PLED。 但通常将两者笼统地称 为有机电致发光器件,也简称OLED。
◆光生载流子－电子／空穴对的产生
◆ “光生电压”及“光生电流”的产生
太阳电池
p-n结
“光生载流子” 的产生
“光生电压”的产生
光子把电子从价带(束缚)激发到导带(自 自由电子和空穴扩散进入p-n结，n-p
由)，并在价带内留下一个/空穴(自由)－ 结作用下，分别在n区和p区形成电子
产生了自由电子－空穴对
无机：这种无机原料太阳能电池造价昂贵，因而 与其他一些能源发电比起来缺乏竞争力 。(纵 然如此研究者也不在少数)
有机：未来太阳能电池的主流发展方向强调的 是更轻便、更灵活，最重要的是，更便宜。因 而目前 有机太阳能的现状是：研究机构纷纷投 身研究有机太阳能，企业也纷纷涉足有机太阳 能。
太阳能电池的定义
有机电致发光的研究历史
(1) 1963年Pope等发现有机材料单晶蒽的电致发光现象； (2) 1977年Chiang等发现具有高度共轭结构聚乙炔的导电特性； (3) 1982年Vincett将有机电致发光的工作电压降至30V； (4) 1987年Tang等人首先报道8一羟基喹啉铝薄膜的电致发光； (5) 1990年Friend等报告在低电压下高分子PPV的电致发光现象； (6) 1992年Heeger等发明用塑料作为衬底柔性高分子电致发光器
有机光电材料
导电高分子材料的研究进展
初期的实验发现与理论积累
1862年，英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质 1954年，米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔 1970年，科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性
科学家将有机高分子与无机高分子导电聚合物 的开发研究合在一起开始了探寻之旅。
新 能 源
燃料电池-质子交换膜
CF2 CF2 x
CF2 CF y
O
CF2
CF O
m
CF3
CF2 n SO3H
有机发光二极管
OLED：有机发光显示器，有机半导体材料
邓青云
1979年的一天晚上，在柯达公司从事科学研究工作的 华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西 忘记在实验室。回到实验室，他发现黑暗中有个亮东 西。打开灯，原来是一块做实验的有机蓄电池在发光
将Ziggler—Natta催化剂溶于甲苯中，冷却到-78度, 通入乙炔，可在溶液表面生成顺式的聚乙炔薄膜。掺 杂后电导率达到105S/cm量级。
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学 家Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
导电高分子
迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得 较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯 撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。
在太阳光照下，毫无损伤地产生电子能量
能级分布
绝 缘 体 固体中的能量状态图
半导体 金 属
太阳能电池发电原理
太阳能电池种类
硅太阳能电池 纳米晶太阳能电池
聚合物多层修饰电极型太阳能电池 多元化合物太阳能电池
聚合物太阳能电池
有机光电材料
用途 制成油墨，印刷 致变色材料属可擦写型，对用于可擦
用途
生物分子活 性的光调控
光致变色材料 光子计算 机芯片
光致变色材料的双稳态，原则上 可适用于0、1双进制运算的计算 生物大分子的生理活性与其特 过程，所以在未来的光子计算机 定的空间结构有着密切的关系 技术中，有机光致变色材料不仅 ，其空间结构的微小变化都可 在存储元件，而且在运算芯片中 能引起生理活性的改变，所以 才有广泛的应用前景，有机一维 把光致变色材料接到生物大分 导体，与适当的分子开关配合， 子上，实现对生物分子活性的 可能制得存储容量和计算速度远 光调控，是目前生物化学中的 远大于现在硅芯片的计算机。 研究热点之一。
激发态：电子及振动激 发态、单重态、多重态
光化学反应基础知识
基本概念
分子对光的吸收： △E=hν
吸收选律
光化学反应基础知识
在吸收光子跃迁时分子的结构不发生变化， Frank-Condon 否则是禁阻的 。原子核振动频率一般在 4000 cm-1以下，振动一次折合时间为 原理 1.2×1014→10-14 s。
研究实例
光致变色材料
有哪些呢？
First
螺吡喃
Second
螺噁嗪
Third
俘精酸酐系列
螺吡喃
光致变色材料
螺吡喃是有机光致变色材料中研究最早、最 用2-亚甲基吲哚啉衍生物与水杨醛衍生物缩合而得 广泛的体系之一，具有热致变色现象。 H 在光和热作用下，螺环C-O键发生异裂，生 H O C O 成碳正离子和O 离子，然后经重排得到各种 OH O 平面共轭结构，根据取代基不 λmax=500 -600 + R R CH C N N R' H2 nm。 R' 螺吡喃的耐疲劳性不好，主要原因是副反 应所致，例如氧化，降解等。 O H -H2O 螺吡喃在可见光照射下或暗处放置均可恢 R' R C R C OH N N O H2 复到螺环状态，其驱动力是正负离子吸引。 R' 螺吡喃不是双稳态分子。
有机光电材料.
导电高分子
导电高分子
高分子本身具备传 输电荷的能力
复合型导电高分子
本征导电高分子（结构导电高分子）
电子导电聚合物
离子导电聚合物
氧化还原型导电聚合物
载流子?
导电的基本概念
载流子 材料在电场作用下能产生电流是由于介质中存 在能自由迁移的带电质点，这种带电质点被称为 载流子。 常见的载流子包括：自由电子、空穴、正负离 子，以及其它类型的荷电微粒。
2000年诺贝尔化学奖得主
美国物理学 家Heeger
美国化学家 MacDiarmid
日本化学家 Shirakawa
导电高分子
迄今为止，国内外对结构型导电高分子研究得
较为深入的品种有聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯
撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等。 其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，其电 导率可达5×103～104Ω-1· cm-1（金属铜的电导率105Ω1· cm-1）。但是其环境稳定性问题至今解决不好，影 响了其使用。环境稳定性好的聚苯胺、聚吡咯（德 国BASF公司已批量生产）、聚噻吩目前成为导电高 分子的三大品种。
有机光电材料
主讲人：牛小玲
有机光电材料的概念及类型
有机光电材料： 指具有光电转换功能的有机材料；及具有光、 电特性的有机材料。也指用于制造各种光电设备的材 料。 光能 电能 本次介绍的有机光电材料： (1)导电高分子材料 （复印机的原理） (2)光电转换材料 （太阳能电池、红外探测器） (3)电致发光材料 (LED 显示器） (4)液晶 （电光、光色效应）
导电高分子
聚合物是分子型材料，原子与原子间通过共享价 价电子只能在分子内的一定范围内自由迁移，缺
电子形成共价键而构成分子，共价键属于定域键，
(完整版)光电材料
目录目录 ------------------------------------------------------------------------ 1 1前言----------------------------------------------------------------------- 1 2 有机光电材料--------------------------------------------------------------- 2光电材料的分类----------------------------------------------------------- 2有机光电材料的应用------------------------------------------------------- 2有机太阳能电池材料--------------------------------------------------- 3有机电致发光二极管和发光电化学池------------------------------------- 3有机生物化学传感器--------------------------------------------------- 4有机光泵浦激光器----------------------------------------------------- 4有机非线性光学材料--------------------------------------------------- 5光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料--------------------------------- 5聚合物光纤----------------------------------------------------------- 6光敏高分子材料与有机激光敏化体系------------------------------------- 6有机光电导材料------------------------------------------------------ 6能量转换材料-------------------------------------------------------- 7染料激光器---------------------------------------------------------- 7纳米光电材料-------------------------------------------------------- 73 光电转化性能原理----------------------------------------------------------- 74 光电材料制备方法----------------------------------------------------------- 8激光加热蒸发法--------------------------------------------------------- 8溶胶-凝胶法----------------------------------------------------------- 8等离子体化学气相沉积技术（PVCD）-------------------------------------- 9激光气相合成法-------------------------------------------------------- 9 5 光电材料的发展前景-------------------------------------------------------- 101前言有机光电材料是一类具有光电活性的特殊有机材料。
有机光电材料综述
有机小分子电致发光材料在OLED的发展与应用的综述电致发光(electroluminescence，EL)，指发光材料在电场的作用下，受到电流或电场激发而发光的现象，它是一个将电能直接转化为光能的一种发光过程。
能够产生这种电致发光的物质有很多种，但目前研究较多而且已经达到实际应用水平的，主要还是无机半导体材料，无机 EL 器件的制作成本较高，制作工艺困难，发光效率低，发光颜色不易实现全色显示，而且由于很难实现大面积的平板显示，使得这种材料的进一步发展具有很严峻的局限性。
由于现有的显示技术无法满足我们生产生活的需要，因此促使人们不断地寻求制备工艺成本更低、性能更好的发光材料。
有机电致发光材料（organic light-emitting device，OLED）逐渐的进入了人们的视野，人们发现它是一种很有前途的、新型的发光器件。
有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象。
根据所使用的有机材料的不同，我们将有机小分子发光材料制成的器件称为有机电致发光材料，即 OLED；而将高分子作为电致发光材料制成的器件称为高分子电致发光材料，即 PLED。
不过，通常人们将两者笼统的简称为有机电致发光材料 OLED。
一.原理部分与无机发光材料相比，有机电致发光材料具有很多优点：光程范围大、易得到蓝光、亮度大、效率高、驱动电压低、耗能少、制作工艺简单以及成本低。
综上所述，有机电致发光材料在薄膜晶体管、太阳能电池、非线性发光材料、聚合物发光二极管等方面存在巨大的需求，显示出广泛的应用前景，因而成为目前科学界和产业界十分热门的科研课题之一。
虽然，世界上众多国家投入巨资致力于有机平板显示器件的研究与开发，但其产业化进程还远远低于人们的期望，主要原因是器件寿命短、效率低等。
目前有很多关键问题没有解决：1. 光电材料分子结构、电子结构和电子能级与发光行为之间的关系，这是解决材料合成的可能性、调控材料发光颜色、色纯度、载流子平衡及能级匹配等关键问题的理论和实验依据；2. 光电材料和器件的退化机制、器件结构与性能之间的关系、器件中的界面物理和界面工程等，这是提高器件稳定性和使用寿命的理论和实验基础，也是实现产业化、工业化的根本依据。
化学中的有机光电材料与器件
化学中的有机光电材料与器件有机光电材料和器件是近年来发展迅速的新型材料和器件。
随着科技的进步，有机光电材料和器件正越来越广泛地应用于电子、信息、光电等领域。
本文将从有机光电材料、有机光电器件的构成和性能、应用等方面阐述这一领域的发展现状和前景。
一、有机光电材料的类型和性质有机光电材料是指由有机分子组成的光电材料。
这些分子通常含有芳香环或共轭系统，具有良好的光学、电学性质以及化学稳定性等特性，且易于合成、加工和加工成器件。
一些典型的有机光电材料包括聚合物、小分子有机化合物、有机小分子/金属复合体等。
其中，聚合物是最具竞争力的有机光电材料之一，聚合物分子中存在共轭状态的结构，形成电子云的共享，导致其光电性能的提高。
而小分子有机化合物具有可熔、可溶、显色等特性，可用于有机电子器件的成膜和加工等。
有机小分子/金属复合体是由有机小分子和金属离子组成，在构造上存在对称性，具有良好的光学，电学性能和稳定性。
各种有机光电材料具有不同的光电性能。
聚合物材料具有良好的载流子输运性能和能量转移特性, 小分子材料具有极佳的光敏性、稳定性和直观性; 金属/有机复合材料则具有良好的荧光特性和光致发光等光学和电学响应. 与传统的半导体材料相比，有机光电材料的能带、带隙等特性可以通过分子设计、合成和加工等手段调控，从而得到更加灵活和多样化的电学和光学特性。
二、有机光电器件的构成和性能有机光电器件是利用有机光电材料制备的器件，包括有机太阳能电池、有机发光二极管、有机场效应晶体管、有机感光器件、有机激光器等。
这些器件性能的优化，直接关系到其在实际应用中的性能和稳定性。
有机太阳能电池是当前有机光电器件中应用最为广泛的一种器件。
有机太阳能电池的基本结构为ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al，其中 P3HT 和 PCBM 是太阳能电池中的活性层。
P3HT 是有机半导体材料之一，是通过详细设计和合成的共轭聚合物，具有良好的电子输运性和高的光吸收能力，可以将太阳光转换为电能的形式。
有机光电材料
有机光电材料
有机光电材料是一种新型的材料，具有良好的光电性能和可塑性，被广泛应用
于光电器件、柔性显示、光伏发电等领域。
有机光电材料的研究和应用已成为当前材料科学领域的热点之一。
首先，有机光电材料具有优异的光电性能。
由于其分子结构的特殊性，有机光
电材料在吸收、传输和发射光电子方面表现出色，具有较高的载流子迁移率和较长的寿命，使其在光电器件中具有较高的效率和稳定性。
其次，有机光电材料具有良好的可塑性。
相比于传统的无机材料，有机光电材
料更容易加工成薄膜、纤维等柔性结构，适用于柔性显示器件、可穿戴设备等领域。
其可塑性使得有机光电材料在新型光电器件的设计和制备中具有更大的灵活性和可塑性。
此外，有机光电材料还具有较低的成本和环境友好性。
相比于传统的无机光电
材料，有机光电材料的制备工艺更加简单，成本更低，且具有较好的可降解性和再生性，符合现代社会对于环保和可持续发展的要求。
总的来说，有机光电材料作为一种新型材料，具有优异的光电性能、良好的可
塑性、较低的成本和环境友好性，被广泛应用于光电器件、柔性显示、光伏发电等领域，对于推动光电技术的发展和应用具有重要意义。
随着对有机光电材料的研究不断深入，相信其在未来会有更广阔的应用前景。
有机光电材料合成
有机光电材料合成随着科学技术的不断发展，有机光电材料作为一种新型材料，受到了广泛关注。
有机光电材料是指由有机化合物构成的能够转换光能为电能或将电能转换为光能的材料。
它具有良好的光电性能和可塑性，被广泛应用于太阳能电池、有机发光二极管、传感器等领域。
有机光电材料的合成是实现其应用的基础。
目前，有机光电材料的合成方法主要包括有机合成和材料制备两个方面。
有机合成是通过有机合成化学的方法合成出具有特定结构和性质的有机分子。
这些有机分子可以作为光电材料的前体，进一步通过材料制备方法制备出有机光电材料。
有机合成方法的发展为有机光电材料的合成提供了丰富的资源。
有机合成中的一种重要方法是有机合成化学。
这是一种通过有机合成化学反应将不同的有机化合物进行反应，从而合成出具有特定结构和性质的有机分子的方法。
有机合成化学反应包括取代反应、加成反应、消除反应、重排反应等。
通过这些反应，可以将不同的有机化合物进行合成，并获得具有特定结构和性质的有机分子。
除了有机合成化学，还有其他一些方法用于有机光电材料的合成。
例如，有机光电材料的合成可以通过溶液法、熔融法、气相法等材料制备方法进行。
其中，溶液法是一种常用的方法，它通过将有机分子溶解在溶剂中，然后通过溶液的处理、薄膜的制备等步骤，最终得到有机光电材料。
熔融法是将有机分子加热至熔点，然后快速冷却，得到有机光电材料。
气相法是将有机分子蒸发至气相，然后通过沉积、热解等步骤，制备出有机光电材料。
有机光电材料的合成需要考虑多个方面的因素。
首先，合成的有机分子应具有良好的光电性能，能够有效地转换光能为电能或将电能转换为光能。
其次，合成的有机分子应具有良好的稳定性，在光电器件中能够长时间稳定地工作。
此外，合成的有机分子应具有可塑性，能够通过不同的制备方法制备出不同形态的光电材料，适应不同的应用需求。
在有机光电材料的合成过程中，还需要注意一些问题。
首先，合成过程中应避免使用有毒有害物质，以保护环境和人体健康。
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导电高分子材料的研究进展
后续研究进展
1980年，英国Durham大学的W.Feast得到更大密度的聚乙炔。
1983年，加州理工学院的H.Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛四烯 转换了聚乙炔，其导电率达到35000S/m，但是难以加工且不稳定。
1987年，德国BASF科学家 N. Theophiou 对聚乙炔合成方法进行了改良， 得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107S/m。
海洋生物污损
传统的防污涂料采用氧化亚铜，有机锡等，污染海洋环境 含海洋生物天敌的生物防污涂料，含有有机硅低表面能防污涂料 导电防污涂料 导电聚苯胺在海水中会发生氧化还原反应 海洋生物生长的最佳PH为7-8，导电涂层的酸性环境
电学性能与应用
透明电极 金属和石墨电极不透明，导电高分子可以制成透明电极
但透明性与高导电性是矛盾的， 樟脑磺酸掺杂
在太阳光照下，毫无损伤地产生电子能量
能级分布
绝 缘 体 固体中的能量状态图
半导体 金 属
太阳能电池发电原理
太阳能电池种类
硅太阳能电池 纳米晶太阳能电池
聚合物多层修饰电极型太阳能电池 多元化合物太阳能电池
聚合物太阳能电池
用于太阳能电池的高分子
聚乙炔 聚吡咯
聚噻吩 聚苯胺
纳米复合材料
高分子的化学结构
金属防腐蚀
防止低碳钢腐蚀，火箭发射塔内壁的保护
界面，两者的界面产生一个电场，阻止电子从金属流向外部的氧化层 聚苯胺还原电位0V/SCE，金属铁氧化电位 -0.7V/SCE，两者的作用在 界面形成氧化层。导电高分子层使得铁直接与界面的水相互作用而氧化 最终成为致密的氧化膜，起到保护作用
船舶防污涂料
新 能 源
燃料电池-质子交换膜
CF2 CF2 x CF2 CF y
O
CF2
CF O
m
CF2 nSO3H
CF3
有机发光二极管
OLED：有机发光显示器，有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过 载流子注入和复合导致发光
邓青云
1979年的一天晚上，在柯达公司从事科学研究工作的 华裔科学家邓青云博士在回家的路上忽然想起有东西 忘记在实验室。回到实验室，他发现黑暗中有个亮东 西。打开灯，原来是一块做实验的有机蓄电池在发光
印刷电路板
在绝缘的基底上镀金属铜，表面吸附贵金属，然后在铜离子 的甲醛溶液中化学沉积出铜，再用电镀的方法 可直接将导电的聚苯胺沉积在绝缘的尼龙或聚酯薄膜上
微波焊接
聚苯胺类高分子在一定的电导率范围内具有很高的介电常数 很强的吸收电磁波的能力，吸收电磁波后可将电磁能转变为热能 在两块聚乙烯之间加入聚苯胺，微波处理后，界面处的聚乙烯 熔融，最终粘结在一起，具有良好的力学性能
手机结构
手机结构一般包括以下几个部分：
1.LCD LENS 材料：材质一般为PC或压克力； 连结：一般用卡勾+背胶与前盖连结。 分为两种形式：a. 仅仅在LCD上方局部区域；b.与整个面板合为一体。 2.上盖（前盖） 材料：材质一般为ABS+PC； 连结：与下盖一般采用卡勾+螺钉的连结方式（螺丝一般采用φ2，建议使用 锁螺丝以便于维修、拆卸，采用锁螺丝式时必须注意Boss的材质、孔径）。 Motorola 的手机比较钟爱全部用螺钉连结。 下盖（后盖）
金属之Eg值几乎为0 eV ，半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV之间，绝 缘体之Eg值则远大于3.5 eV。
导电高分子材料的研究进展
初期的实验发现与理论积累
1862年，英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质 1954年，米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔 1970年，科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性
有机发光二极管OLED
光传导高分子材料
光导纤维
手机保护膜
防刮：采用高品质高分子材料，表面的抗摩擦和划伤能力强， 高透明度、真彩色色调以90%透光率，可以感受到舒适明亮的 画面和真实自然的色彩感 软屏幕的画面色调采用特殊微雾的表面处理技术，能有效减少 高达98%的反射视觉和外部环境光线 耐指纹和防灰尘作为特殊防静电，表面可以有效地防止指纹附 上和远离粉尘 有效的紫外线隔离高达75%，特殊表面涂层能有效隔离紫外线 屏幕所产生的负担
n
聚乙炔
S
n
聚噻吩
n
聚苯
n
聚苯撑乙烯
N
n
H
聚吡咯
RR
n
聚芴
三联苯聚乙炔
(CH2)2CH3
CC n (CH2)2O
CN
C60足球烯
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Nobel Prize for 2019
Harold, Kroto Walter, Kohn Richard N, Zare
Nobel Prize in Chemistry 2000
高分子材料在 能源信息领域的应用
主讲人：牛小玲
能源
水力
核能
火力
风力
潮汐
地热
太阳能发电站
有机太阳能电池
植物光合作用
多晶硅太阳能电池
太阳能电池发展历史
1839，Bequerel发现了光电效应 1873，Selen发现了光伏效应 1954，研发出半导体技术
第一块硅晶片诞生
固体吸收光线 产生自由电荷 电荷分离
科学家将有机高分子与无机高分子导电聚合物 的开发研究合在一起开始了探寻之旅。
导电高分子材料的研究进展
导电高分子材料的发现
1974年日本筑波大学H.Shirakawa在合成聚乙炔的实验中，偶然地投 入过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的有铜色的顺式聚乙炔薄膜与 银白色光泽的反式聚乙炔。
H－C≡overy and development of conductive polymers”
G. MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger
材料导电能力的差异与原因
电导率 11mSm
材料导电能力的差异与原因
能带间隙 (Energy Band Gap)
Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3
温度
10－8～10－7 S/m 10－3～10－2 S/m
导电高分子材料的研究进展
聚乙炔的掺杂反应
1975年，G. MacDiarmid 、 J.Heeger与H.Shirakawa合作进行研究，他 们发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应(doping)后，其电导