人工微结构与介观物理国家重点实验室重点项目申请.doc

课题名称：基于微纳结构的有机光电子器件研究 申请人 ： 本科生 指导老师：肖立新 教授 申请时间：秋季 一：简况 针对有机光电子器件（如有机光伏及有机发光器件）的能量转化效率不高的关键科学问题，本课题围绕介观光学基础学科理论和新规律，提出基于介观光学结构来改善有机光电子器件的能量转换效率的新原理、新方法。借助于超快动力学研究，分析制约其能量转化效率的各种因素，详细研究有机光电子器件中光电转化过程，揭示其微观机理。主要研究内容有：1.研究有机光电子器件中能量转化、电荷转移超快动力学，分析介观光学结构对激子行为的影响规律，为改善器件性能提供实验依据和理论指导。2. 设计和制备一维、二维和三维，对称和非对称结构，研究金属/介质、介质/介质介观光学异质结构对光的传输、耦合和调制等，实现非相干、宽光谱的光局域化和场增强效应，优化有机光电子器件结构。3. 研究介观光学结构在有机光电子器件中的应用，探明介观光学结构对器件性能改善的机理，为优化有机光电子器件中微纳结构和最大程度地提高器件性能提供新思路和新方法。 二：拟解决关键科学问题 本项目申请围绕着改善有机光电子器件性能这一中心问题，结合我们已有的研究积累和基础，拟从光电转换机理、微纳结构中介观光学特性到新型介观光学体系的有机光电子器件的制备，展开全面深入地研究。集中解决一下关键科学问题： 探索光波在金属/介质、介质/介质介观光学结构中局域增强、传输、耦合和弛豫特性，实现基于介观光学方法的新型有机光伏器件与改性。 尝试不同的手段制备介观光学结构器件，探索制备工艺。 三：目标 研究有机光电子器件工作机理，探明制约器件光电转化效率的因素。开展器件中微纳结构的介观光学研究，为探讨介观结构对器件性能改善提供理论和实验依据。运用介观光学的概念，设计和制备能增加光电转化效率的原创性有机光电子器件原形器件。探索简化介观结构器件制备的工艺。 四：主要研究内容 本课题将详细研究有机光电子器件中光电转化过程，分析制约其能量转化效率的各种因素。围绕介观光学基础学科理论和新规律，设计和制备介观光学结构，应用于有机光电子器件，改善其性能。具体研究内容如下： (1) 介观光学结构对光的传输、耦合等性能调制研究：我们将着眼于有机光电子器件的应用，设计金属/介质和介质/介质异质介观光学结构，理论和实验研究微纳结构对光场调控特性，如金属/介质界面表面等离子激元的传输、耦合、及其和光场的相互作用等特性，周期、准周期、无规结构和缺陷态介质/介质结构对光波的局域、限制性传输，对光的反射和透射的调制等。为优化有机光电子器件中微纳结构和最大程度地提高器件性能提供新思路和新方法。 (2) 介观光学结构制备，及其在有机光电子器件中的应用：针对有机光电子器件的关键科学问题和有机器件的特征，发展新的微纳结构的制备和加工方法，开展微纳结构对器件性能改善研究。尝试多种手段制备介观光学结构有机光电子器件器件，如利用纳米压印、纳米颗粒的自组装、金属的电化学腐蚀、自掩膜蒸镀等手段，“自上而下”和“自下而上”相结合，制备周期、准周期和无规金属/介质镶嵌纳米结构、异质或多层表面调制纳米人工结构等介观光学体系，并研究其加工条件，以及不同手段实现的结构对器件性能的影响。研究表面生长等过程的变化规律。 五：研究方案 （1）分析介观光学结构对光场和表面等离激元，及其相互耦合行为的影响，拟采取的方案；一：理论分析，对于设计的结构，利用我们研究室自主发展的格林矩阵方法和商用FDTD软件计算和模拟激子能量分配到各个衰减渠道的比例以及相应的色散曲线，计算表面等离子激元的传播及其与光场相互作用的特性和介质介观结构对光场的局域化。二：实验分析，通过物理和化学手段制备各种具有介观形貌的有机光电子器件，研究形貌和光俘获、激子分离、光电转化效率的关系。 （2）使用光刻 、离子刻蚀、偶氮分子的光致质量转移、纳米颗粒的自组装、掩膜－自掩膜真空沉积、金属的电化学腐蚀等技术，“自上而下”和“自下而上”相结合，制备周期、准周期和无规结构，利用飞秒微/纳加工制备特殊结构器件。研究周期、准周期和无规结构器件的光电转化。利用倾斜溅射、分子自组装、化学气相沉和金属/介质共成膜等方法制备折射率调制的复合薄膜，研究其光学特性。比较各种微结构制备工艺的优缺点，简化器件制备。 六：亮点 （1）本课题将开展介观光学结构、表面等离子激元对光电子器件中能量转化、电荷转移的动力学过程的影响研究，探明介观光学结构在激子传输和分离中起的作用。 （2）本课题将通过理论和实验研究介观结构对光波和表面等离子激元行为的影响。并指导设计不同的器件结构，包括一维、二维和三维，对称和非对称结构，实现非相干、宽光谱的局域化和场增强效应，改善器件性能。 （3）提出多种在有机光电子器件中实现介观光学结构的方案，丰富了目前的器件制备