第五章 有机光电材料
有机光电材料
有机光电材料有机光电材料是一种在有机化学领域中新兴的材料类型。
它们具有与传统无机光电材料不同的性质和应用优势。
有机光电材料主要由富含共轭结构的有机分子构成，这些分子能够通过电子共轭传导电荷和光激发。
有机光电材料具有以下几个主要特点：第一，有机光电材料可以通过合成方法进行精确控制，能够获得不同结构和性质的材料，以适应不同的应用需求。
由于有机物的结构多样性，可以通过合理设计和合成合适的分子结构来调控其光电性质。
第二，有机光电材料具有较高的色散率和较低的吸收率，使其在光电器件中具有更高的效率。
它们通常能够吸收比较窄的光谱范围，并能够将吸收的能量转化为可用的电能或光能。
第三，有机光电材料具有较低的制备成本和工艺灵活性。
相对于传统的无机光电材料，有机光电材料在制备过程中不需要高温或高压条件，且可以采用溶液法直接涂覆在不同的基底材料上制备器件。
第四，有机光电材料具有良好的机械柔性和可塑性。
这使得它们可以用于柔性光电器件的制备，例如柔性太阳能电池和柔性显示器件。
有机光电材料在光电器件中具有广泛的应用。
其中，最常见的应用是有机太阳能电池。
有机太阳能电池采用有机光电材料作为吸光层，以吸收光能并将其转化为电能。
有机太阳能电池具有相对较高的光电能量转换效率，并且可以在低光照条件下进行工作。
此外，有机光电材料还可以用于有机发光二极管（OLED）、有机光电传感器、有机薄膜晶体管等器件的制备。
这些器件在显示、光通信、光检测等领域具有广泛的应用前景。
总的来说，有机光电材料作为一种新型的光电材料，在能源转换和信息显示等领域表现出良好的应用潜力。
随着对其性能和制备工艺的不断研究和改进，有机光电材料的性能将得到进一步提升，且其应用领域将不断扩大。
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。
有机光电功能材料
有机光电功能材料
有机光电功能材料是指结构为有机分子的光电功能材料，它们的主要性质是具有光电功能的正孔（即电子）和负孔（即空穴）的双重效应。
因此，有机光电功能材料同时具有光传感器的特性和电子器件的器件特性，因而对于计算机、移动设备、传感器、汽车等高科技系统具有重大的应用价值。
有机光电功能材料在结构上比传统的无机材料更复杂，其功能相对复杂。
它在电子和光电领域中同时具有良好的电子传导性和光学性能，可以用于制备多种光学和电子器件。
在电子方面，它可以用作光电探测器、晶体探测器、光电二极管和光电开关等器件；在光学方面，它可以用作发光二极管、光电转换器和可见光传感器等电气设备。
有机光电功能材料的主要构成成分是有机半导体（OSC）和有机磷光材料（OLEDs）。
有机半导体可以用来制备光电探测器、晶体探测器等电子器件，同时具有较高的光电转换效率。
由于有机半导体的制备方法简单，可以大量生产，大大降低了制备有机光电功能元件的成本。
有机磷光材料是一种聚合物类的发光元件，具有高效、节能、可调节亮度等优点，可以用来制备发光二极管和可见光传感器。
目前，有机光电功能材料的研究和应用正在不断发展，主要在以下几个方面：首先，在材料化学方面，研究者正在研究如何改善有机材料的分子结构以改善性能；其次，在器件方面，研究者正在研究如何设计新的有机光电功能器件；再次，在应用上，有机光电功能材料正在被用于生物传感、汽车照明、量子计算机等新兴应用领域。
总的来说，有机光电功能材料的发展具有重要的战略意义，可以有效地推动光电技术的发展，为能源、环境和人类和社会发展做出贡献。
随着有机光电功能材料的技术不断成熟，在新型能源、智能系统、交通安全等诸多领域发挥着重要作用。
(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
电子导电高分子的特点： 高分子链上有共轭π键
n 聚乙炔
Nn 聚吡咯
Sn 聚噻吩
n 聚对苯
CH CH n
聚苯乙炔
NH n
聚苯胺
结构特点
纯净的电子导电聚合物本身导电率并不高，必 须经过掺杂才具备高的导电性。
掺杂是向空轨道注入电子，或是从充满轨道拉 出电子，改变π电子能带的能级，出现半充满能带， 减小能量差，减小电子或空穴迁移的阻力。
太阳能电池是太阳能光伏发电的基础和核心，是 一种光能转变为电能的器件，用适当的光照在上 边之后器件两端会产生电动势。
典型的太阳电池是一个p-n结半导体二极管。 ◆ p-n结的形成过程(N型半导体中含有较多
的空穴，而P型半导体中含有较多的电子，这样， 当P型和N型半导体结合在一起时，就会在接触 面形成电势差，这就是P-N结)。
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
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。
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。
有机光电器件与材料
关键点总结
光电性能测试
评估光电转换效率 考察发光亮度 测量响应速度
稳定性评价
热稳定性测试 光稳定性评估 湿热稳定性检测
性能优化方法
材料设计优化 器件结构调整 工艺流程改进
产业化现状
面临挑战与机遇 产学研协同创新 前景广阔可期
● 05
第五章 有机光电器件应用前 景
有机光电器件在柔性显示领域 的应用
● 03
第3章 有机光电器件制备技 术
有机薄膜制备技 术
有机薄膜制备技术是 制备有机光电器件中 的重要步骤。常用的 制备技术包括溶液法、 真空蒸发法和热转印 法等。这些技术的选 择取决于所需的薄膜 特性和器件应用环境。 不同的制备技术适用 于不同类型的有机薄 膜晶体管，影响着器 件性能和稳定性。
有机光伏器件制备技术
共沉淀法
适用于大面积制 备
真空蒸发法
高纯度薄膜
溶液法
简单易操作
有机发光二极管制备技术
01 有源蒸发
高效率制备
02 共沉淀
低成本生产
03 喷墨印刷
适用于柔性显示
有机光电器件封装技术
负压封装
有效隔绝空气 提高器件稳定性
气体封装
控制器件环境 延长器件寿命
无机封装
提供更高的保护性 用于高要求环境下
● 02
第2章 有机光电器件的工作 原理
有机光伏器件原 理
有机光伏器件是利用 光电效应将光能转换 为电能的器件。其工 作原理包括光子的吸 收、电荷的分离以及 电荷的输运等过程， 通过这些步骤实现光 能转换为电能的功能。
有机光伏器件原理
吸收光子
光能转换
电荷输运
电荷运输至电极
电荷分离
产生电荷对
有机光电材料的研究与应用
有机光电材料的研究与应用第一章：前言有机光电材料指的是一类由有机物构成的，具有光电性能的材料。
这种材料具有分子性和可控性等特点，是目前光电技术领域中的新宠儿。
有机光电材料广泛应用于LED、OLED、传感器和太阳能电池等领域。
相较于传统无机材料，有机光电材料在性能、制备和控制方面具有明显的优势，成为研究和应用的热点。
第二章：有机光电材料的性质有机光电材料具有许多性质，其中最具代表性的如下：1.光电性能有机光电材料具有光电转换和发光功能，具有高光电转换效率、发色纯度高等优点，如荧光和磷光发光材料可用于OLED。
2.分子性有机光电材料具有分子级的控制，研究人员可以通过设计分子结构和化学修饰来调控材料的光电性能和稳定性。
不同的分子组成和结构可以改变有机光电材料的性能，从而解决传统无机材料难以解决的问题。
3.可控性有机光电材料具有可控性，可以通过各种方法来控制光电性能。
例如温度、压力、光照、电场等参数可以影响有机光电材料的性能。
这种可控性有助于研究人员探索光电材料的内在机制和应用。
第三章：有机光电材料的制备有机光电材料的制备是有机光电技术研究的关键问题。
有机光电材料的制备方法多种多样，包括化学方法、物理方法、杂化方法等。
其中，分子设计和控制是制备有机光电材料的重要手段之一。
常用的制备方法包括：1.化学合成法化学合成法是一种常用的制备有机光电材料的方法。
通过有机合成化学反应来合成目标化合物，这种方法具有可控性好、多样性高等优点。
2.电化学沉积法电化学沉积法是制备有机光电材料的一种新方法，它可以在标准电化学条件下在两极间沉积染料膜。
这种方法具有反应速度快、易于操作等特点。
3.分子自组装法分子自组装法是近年来发展的一种制备有机光电材料的方法。
通过自组装原理，制备具有特定形貌、结构和光电性能的有机光电材料。
第四章：有机光电材料的应用有机光电材料的应用十分广泛，主要集中在以下领域：1.太阳能电池太阳能电池是有机光电材料的一个重要应用领域。
有机光电材料的设计与合成
有机光电材料的设计与合成近年来，随着科学技术的不断进步，有机光电材料越来越受到研究者的关注。
有机光电材料以其独特的光电性能和广泛的应用前景，成为了光电领域的研究热点。
本文将就有机光电材料的设计与合成进行探讨。
一、有机光电材料的基本概念有机光电材料是一类以有机分子为基础，通过合成和设计改良，具备一定的光电性能的材料。
它们能够在光的激发下，完成光电转换的过程，实现能量的转化和输出。
有机光电材料具备以下特点：1. 具有应变性：有机光电材料能够根据外界环境的变化而发生形变，产生相应的电信号。
2. 具有半导体特性：有机光电材料能够在一定条件下形成载流子，展现类似于半导体的导电性质。
3. 具有荧光性：有机光电材料某些分子结构能够发出可见光，具备荧光性质。
4. 具有可调控性：有机光电材料可以通过合成和改变材料的结构，实现对材料的光电性能进行调控。
5. 具有应用广泛性：有机光电材料可以应用于显示器件、光电传感器、有机发光二极管（OLED）、太阳能电池等领域。
二、有机光电材料的设计原则有机光电材料的设计是基于理论和实验的基础上，通过合理的结构设计和化学合成方法，来获得所需的光电性能。
在设计过程中，需要遵循以下原则：1. 能带匹配原则：有机光电材料的导电能力与电介质能带之间的匹配关系密切相关。
通过合理地设计材料的能带结构，可以调控载流子的输运行为，提高材料的导电性能。
2. 分子结构设计原则：通过合理设计分子结构的空间构型、共轭程度、电子亲和力等参数，控制光电材料的光吸收和荧光发射行为，实现预期的光电转换效果。
3. 功能材料的修饰原则：将有机光电材料与其他功能材料进行修饰和复合，可以实现更多的应用场景和性能提升。
三、有机光电材料的合成方法有机光电材料的合成方法多种多样，常见的合成方法包括有机合成化学、分子自组装、溶液加工等。
下面以有机合成化学为例，介绍几种常见的合成方法：1. 导电聚合物的合成：通过聚合反应，将含有特定共轭结构的单体进行聚合，形成具有导电性的聚合物材料。
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。
有机光电材料的制备及应用
有机光电材料的制备及应用有机光电材料是一种兼具导电、导光、半导体和光致不良等多种功能的材料。
它们具有较高的导电性、良好的光电转换性能和高分子链的柔性等特点，因此在智能电子、可穿戴设备、光电传感、光电显示等领域有着广泛的应用前景。
1. 有机光电材料的种类和制备方法有机光电材料种类繁多，包括有机分子材料、有机聚合物材料、有机-无机杂化材料等。
其中最常见的是有机分子材料，其分子结构复杂，但易于合成和改性。
在有机光电材料的制备过程中，传统的合成方法包括化学法和物理方法。
化学法主要包括单步化学合成、羧基化学和分步聚合等方法。
而物理方法则包括蒸发沉积、溅射沉积和胶体化学合成等方法。
在有机材料的制备中，常用的有机合成路线包括：格氏反应、Suzuki反应、Heck反应、C-H官能团活化反应等。
其中，Heck反应被广泛应用于有机分子中，因其反应体系简单，反应活性强，适合于大规模生产。
2. 功能性有机光电材料的应用随着科技的不断发展，有机光电材料的应用范围也日益扩展。
以下是一些典型的应用领域。
（1）有机太阳能电池有机太阳能电池是有机光电材料最具代表性的应用领域之一。
其基本原理是通过将有机半导体材料注入到透明的导电基底上，形成有机-无机界面，利用不同种类光子跃迁产生的电流来实现光电转换。
有机太阳能电池具有制备简单、可在柔性和透明基底上制备、不受光强限制等优势，因此有着广阔的发展前景。
近年来，随着有机材料的不断改良和优化，有机太阳能电池的效率逐渐提高，已经达到了15%以上。
（2）有机场效应晶体管有机场效应晶体管在柔性电子、显示和传感等领域中具有广泛的应用。
它是一种无源传输装置，可用于信号放大、逻辑控制和开关控制。
有机场效应晶体管的制备技术已经相对成熟，并已成功地应用于柔性器件和数字电路。
然而，要实现高性能的有机晶体管，还需要进一步改进有机半导体和电极材料的选择和制备。
（3）有机荧光分子有机荧光分子是有机光电材料中广泛应用的一种类型，其优点是荧光强度高、发色纯、易溶于有机溶剂等。
有机光电功能材料
有机光电功能材料
有机光电功能材料是一类具有光电转换功能的材料，广泛应用于光电器件、传
感器、光电存储器等领域。
这类材料具有许多优异的性能，如高载流子迁移率、宽光谱吸收、可调光电性能等，因此备受关注和研究。
首先，有机光电功能材料具有较高的载流子迁移率。
这意味着在这类材料中，
电子和空穴能够在材料内部快速传输，从而提高了光电器件的响应速度和效率。
例如，有机太阳能电池利用有机光电功能材料的高载流子迁移率，实现了较高的光电转换效率，成为可再生能源领域的热点研究方向之一。
其次，有机光电功能材料具有宽光谱吸收特性。
这意味着这类材料可以吸收较
宽范围的光谱，包括可见光、红外光甚至紫外光。
这种特性使得有机光电功能材料在光电器件中具有更广泛的应用前景，例如在光电传感器中，可以实现对多种波长光的高效检测。
另外，有机光电功能材料的光电性能可调特性也是其独特之处。
通过对材料结
构的设计和调控，可以实现有机光电功能材料的光电性能调节，如光电响应速度、光电转换效率等。
这为有机光电功能材料的应用提供了更多可能性，使其在不同领域具有更灵活的适用性。
总的来说，有机光电功能材料具有高载流子迁移率、宽光谱吸收和可调光电性
能等优异特性，因此在光电器件、传感器、光电存储器等领域具有广阔的应用前景。
随着对这类材料的深入研究和开发，相信其在未来会有更多的突破和应用，为光电领域的发展带来新的活力和可能性。
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
有机光电功能材料
有机光电功能材料
有机光电功能材料是一类具有光电转换功能的材料，它们能够将光能转化为电能，或者将电能转化为光能。
这类材料在光电器件、光伏发电、光电传感器等领域具有广泛的应用前景。
有机光电功能材料主要包括有机光伏材料、有机光电器件材料、有机光电传感材料等。
有机光伏材料是一类能够将光能转化为电能的材料，它们通常由有机半导体材料构成。
有机半导体材料具有较宽的带隙，能够吸收可见光甚至红外光，将光能转化为电子激发，从而产生电流。
有机光伏材料具有柔性、轻薄、成本低廉等优点，适合于大面积、柔性应用，因此在太阳能电池、光伏发电等领域具有广泛的应用前景。
有机光电器件材料是一类能够将电能转化为光能的材料，它们通常由有机发光材料构成。
有机发光材料具有发光效率高、发光颜色丰富、制备工艺简单等优点，适合于显示器件、照明器件等领域的应用。
目前，有机发光二极管（OLED）已经成为一种重要的显示器件，广泛应用于手机、电视等领域。
有机光电传感材料是一类能够将光信号转化为电信号或者将电信号转化为光信号的材料，它们通常由有机半导体材料构成。
有机光电传感材料具有响应速度快、灵敏度高、制备工艺简单等优点，适合于光电传感器、光通信器件等领域的应用。
有机光电传感材料在信息技术、通信领域具有重要的应用价值。
总的来说，有机光电功能材料具有广泛的应用前景，能够推动光电器件、光伏发电、光电传感器等领域的发展。
随着材料科学、光电技术的不断进步，相信有机光电功能材料将会在未来发挥越来越重要的作用。
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，
有机光电材料的特征与应用
有机光电材料的特征与应用
有机光电材料的特征与应用
一、有机光电材料的特征
1、有机光电材料是一种新兴的具有扩展性、可编程性和可改变性的材料，它们具有极高的光电转换效率、快速响应速度和低成本等优点。
2、有机光电材料主要是指以有机分子为主要组成部分的光电材料，具
有较高的电子密度、电磁屏蔽效果和热稳定性等特点。
3、有机光电材料的光致发光效率和有机电致发光效率很高，可用于多
种光电转换应用，具有低成本、易于控制等优点。
二、有机光电材料的应用
1、有机光电材料可用于有机太阳能电池，有机太阳能电池具有低成本、薄膜结构、轻质等优点，能够充分发挥有机光电材料的优势。
2、有机光电材料也可用于有机发光器件和显示器件，具有节省能源、
抗静电、防水、耐久耐用等特点，如有机发光二极管、有机白光二极
管等。
3、有机光电材料还可用于光电传感器，可用于检测光照强度、透射率
和温度变化等环境参数，如光电视、光纤传感卡等。
4、有机光电材料可用于无线信号系统，能够实现高速、低成本、高效
的无线通信，如电视和对讲机等。
5、有机光电材料也可用于生物传感、能源转换和自适应光电转换等应用，具有良好的抗冲击性和易于控制的特点。
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精细有机材料 具有D-D结构的芳胺类蓝光材料：
具有D-
-A结构的芳胺类蓝光材料：
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精细有机材料
具有含氮杂环结构的芳胺类蓝光材料：
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精细有机材料
③芴类蓝光材料 C9位芳香取代的三芴(TF)具有很好的形貌稳定性 和热稳定性以及高的荧光量子效率，将其制成 OLED 能发射出纯的蓝光，器件的最大亮度可达5000 cd/m2。 外量子效率达2.5 3%，同时TF具有很好的空穴传输 性能。 具有蓝色荧光发射的含有嘧啶螺芴衍生物TBPSF的 荧光量子产率为80%，最大发射波长为430 nm。较大 的空间位阻使得化合物具有非常好的成膜性和很高的 玻璃化转变温度。
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精细有机材料 当在电子给体和电子受体之间加入共轭桥时， 对光电转换时间有延长作用。
3.光电转换机理
光电转换材料是一种能将光通过一定的物理或化 学方法变成电能的功能材料，是材料科学研究领域的 一个热点。光电转换材料最重要的用途是制作太阳能 电池。以往的硅太阳能电池成本昂贵、工艺复杂、材 料要求苛刻。而有机光电池则潜在低成本、重量轻， 且在分子水平上具有可设计性。 其机理为光诱导电子转移反应。
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精细有机材料
第一部分、光功能材料
光功能材料是指在外场（如光、电、磁、 热等）作用下，利用材料本身光学性质发生 变化的原理，实现对入射光信号的探测、调 制及能量或频率转换作用的光学材料。 光功能材料是以光为驱动力的功能材料 体系。在初始阶段，人们称之为光响应性材 料（Photoresponse materials）。近年来出现 的在信息科学和 IT 工业中有着巨大意义的学 科—光信息材料科学就是在此基础上发展起 来的。
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精细有机材料 (1)只含碳和氢的芳香型蓝光材料 ①苝类蓝光材料 苝是由Kodak公司用作蓝色发光材料，但它的能 级与Alq3的能级不匹配，需要掺杂在发射光谱蓝移的 Alq3衍生物Q2Al-OAr中才能获得蓝光OLED。
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⑨修饰性半菁类有机小分子光电转换材料 以推电子基团对电子给体或拉电子基团对电子 受体进行结构修饰，结果表明：电子给体的推电子 或电子受体的拉电子能力越强，其光电转换性能越 好。
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精细有机材料
推 电 子 修 饰 基
拉 电 子 修 饰 基
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精细有机材料
2.有机光电材料的种类
①空穴传输材料 有机芳香多胺类化合物，结构中的氮原子具有 很强的给电子能力，电子不间断给出，表现出空穴 迁移特性。如NPD和HTM2。
②电子传输材料 具有大的共轭平面的芳香族化合物，能有效地 传递电子，有较好的接受电子的能力。如 PBD 和 DPVBi。
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精细有机材料
一、光电材料
有机光电材料是指具有光电转换功能的有机材 料。
1.发展简史
①早期(二十世纪50到80年代中期) 高电压、低亮度、低效率光电材料（蒽单晶 1963）； ②中期(1987-1990年) 美国Eastman Kodak公司的邓青云和Vanslyke 开创性的工作，有机EL器件雏形形成。 ③近期(1990以后) 英国剑桥大学的 Burroughs 等人成功地用聚苯 撑乙烯(PPV)的预聚体制成薄膜，制成了单层结构 聚合物电致发光器件(EL）。 关于有机光电材料的研究已成为热点课题。
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精细有机材料 ⑦高分子复合物光电转换材料 如将 MEH-PPV 和另一个 PPV 的衍生物 CN-PPV 配合使用，组成了 D-A 网络结构光电池，光电转换 能力进一步提高。
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精细有机材料 ⑧半菁类有机小分子光电转换材料 典型结构：
蓝色发光材料 BTP的荧光发射峰为 450 nm ，星形的树 枝 状 6 p 也 可作 为 蓝 光主体材料应用在 OLED中。
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精细有机材料 ⑤芳胺类蓝光材料 芳胺类染料是一类重要的蓝光材料，它通常具有 电子传输和 ( 或) 空穴传输能力，该类材料大多具有蓝 色发光性质。 从化学结构上看，可以将芳胺类蓝光材料分为电 子给体-共轭体系(D- )、电子给体- 共轭桥- 电子给体 (D- -D)、电子给体-共轭体系-电子受体(D- -A)和含 氮杂环等几种类型。 具有D- 结构的芳胺类蓝光材料：
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精细有机材料
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精细有机材料 ②喹吖啶酮类绿光材料
③具有载流子传输性能的绿光材料 具有空穴传输能力的咔唑衍生 物绿色发光材料具有高的玻璃化转 变温度>180oC，发射峰值在 535 551 nm范围。
非主链共轭高分子如 N,N- 二苯基甲基丙烯酰胺 等。
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精细有机材料 ⑤修饰化高分子光电转换材料 如将PPV修饰转化为MEH-PPV，其光电转换能 力有所提高。 Liu
精细有机材料 ⑥材料复合-功能耦合高分子光电转换材料 美国加州大学俞刚博士将MEH-PPV作为电子给 体，C60为电子受体，构成D-A型光电池，其光电转 换能力大幅度提高。
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精细有机材料
从分子结构出发，有机小分子发光材料又 可以分为纯有机小分子和金属配合物两类。 用于电致发光研究的有机小分子具有化学 修饰性强、选择范围广、易于提纯、荧光量子 效率高以及可以产生红、绿、蓝等各种颜色的 光等特点。 由于大多数有机染料在固态时存在浓度淬 灭等问题，导致发射峰变宽、光谱红移、荧光 量子效率下降。所以，一般将它们以低浓度的 方式掺杂在具有某种载流子性质的主体中。
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精细有机材料
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精细有机材料
二、电光材料
1.概述
电致发光(electroluminescent)，又可称电场发光， 简称EL，是通过加在两电极的电压产生电场，被电场 激发的电子碰击发光中心，而引致电子解级的跃进、 变化、复合，导致发光的一种物理现象。 有机电致发光材料按化合物的分子结构一般可分 为两大类:有机小分子化合物和高分子聚合物。有机小 分子化合物分子量为500 2000，能够用真空蒸镀方法 成膜；高分子聚合物分子量为10000 100000，通常是 具有导电或半导体性质的共轭聚合物，能用旋涂和喷 墨打印等方法成膜。
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精细有机材料 ④二苯乙烯基芳基蓝光材料 TPCP在ITO/TPD/TPCP/Alq3/Al的器件中，器件发 射的颜色会随着电场强度的变化而变化，在高电场强 度下，器件的发光主要来自TPCP的发射；在低电场强 度下，器件的发光主要来自Alq3的发射；当电场强度 适中时，可以观察到TPCP和Alq3的共同发射，因此器 件的颜色随着电场强度的增大而由绿色变为蓝色。
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精细有机材料 ④其他有机小分子绿光材料 有机硅、含喹喔环化合物、六苯并苯、咪唑酮、 噻吩咯和萘酰亚胺等。
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精细有机材料
4.有机小分子红光材料
红色发光材料要求其发射峰值大于 610 nm，色坐 标为(0.64, 0.36)。相对于而言，红色发光材料的进展明 显落后，主要原因有： (1) 对应于红光发射的跃迁都是 能隙较小的跃迁，激发态染料分子的非辐射失活较为 有效，这为红光材料的设计增加了困难； (2) 在红光材 料体系中，存在较强的 - 相互作用，或者具有强的 电荷转移特性，导致明显的浓度淬灭，使许多红色染 料固态薄膜发光极弱，甚至不发光； (3) 为避免浓度淬 火现象的产生，在制备器件时多数采用的掺杂技术虽 然解决了器件制备的问题，但也带来其自身无法克服 的问题，如主客体材料之问的能量匹配、相分离、载 流子传输不平衡等。
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精细有机材料 ②芳基取代蒽类蓝光材料 1999年，Kodak公司报道了ADN蓝光材料，ADN 的HOMO较高，能有效传输空穴，但因空穴传输能力 过强使激子在电子传输层A1q3复合发光导致器件色纯 度不好。
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精细有机材料
2.有机小分子蓝光材料
在OLED研究中，蓝色发光材料是必需的，其本身 可以作为发光层制备三基色之一的蓝光OLED，还可以 将其他发光材料掺杂在蓝色发光材料中获得绿色、红 色甚至白色发光器件。蓝色发光材料一般具有宽的能 隙，且其电子亲和势和第一电离能要匹配。在无机 EL 中，蓝光材料比较难以获得，而有机染料则可以通过 结构修饰得到。 一般来说，蓝色发光材料在化学结构上具有一定 程度的共轭结构，但偶极矩不能太大，否则，发光光 谱容易红移至绿光区。目前蓝色发光材料主要有只含 碳和氢两种元素的芳香型蓝光材料、芳胺类蓝光材料、 有机硼类蓝光材料、有机硅类蓝光材料以及其他蓝光 材料。