课件高分子光电材料-1.ppt

高分子光电材料 主要内容 本课程的地位、作用和任务 高分子光电材料的分类 (1) 电致发光材料 (2) 光电转换材料 高分子光电材料的概况 高分子光电材料的诞生 高分子光电材料的研究现状 (1) 高分子电致发光材料 (2)高分子光电转换材料 高分子光电材料的应用前景 * * * * 一，本课程的地位、作用和任务 二，高分子光电材料的分类 三，高分子光电材料的概况 高分子光电材料是一类新型的功能高分子材料，由于兼有高分子的可加工性和柔韧性以及无机半导体或金属的导电性，因而它们在电子信息技术、通讯设备和能源等领域具有广阔的应用前景。 主要包括两大类材料 电致发光：平面显示器、照明和各式的灯光布置 光电转换：太阳能电池 高分子电致发光的光源像纸一样，能任意弯曲。如果解决了发光效率问题，还可做普通的照明光源。在电致发光材料领域，目前已有小批量的有机/高分子显示屏用于手机、数码相机。有机/高分子显示屏被专家预测为继液晶显示之后的新一代产业化技术，是液晶显示器的更新换代产品。 目前已使用的光电转换材料以单晶硅、多晶硅和非晶硅为主。用单晶硅制成的太阳能电池，转换效率超过20%，但其成本高，主要用于空间技术。虽然多晶硅薄片制成的太阳能电池的光电转换效率不高(约10%)，但价格低廉，故已获得大量应用。 目前高分子光电材料和器件（太阳能电池）的性能也得到极大改善，在模拟太阳光下光电转换效率可超过5％，有望达到实用化要求。 固体光电子器件是利用光量子作用的一类重要器件，是通过在固体材料中的电-光或光-电效应等来实现其功能的。光电子器件材料的光转变（吸收和发光）一般包括的能量是从红外到近紫外光范围的光子，因此光电子器件材料的能带宽度一般在1.0～3.0eV之间。 光电子器件通常分为三类 光源（发光二极管和二极管激光器等） 光探测器（光导体和光二极管等） 能量转换器件（光伏电池等） 1977年，白川英树、黑格尔和马克迪尔米德等人发现，聚乙炔用I2和AsF5 掺杂后，电导率从10-6S/cm增加到了l0-2～l03S/cm，传统意义上的绝缘体竟然表现出了导体或半导体的性质！这对经典的材料分类和导电理论都是一个巨大的挑战，也意味着新一代的功能高分子材料—导电高分子诞生了。 导电聚合物 (Conducting polymers) 共轭聚合物（Conjugated polymers） 电活性聚合物 (Electro active polymers) 合成金属(Synthetic metals) 导电聚合物的光电功能主要由其共轭结构中的电子状态决定，因此人们又把它们叫做“电子聚合物”。 事实上共轭聚合物是不导电的。要使它们表现出导体或者半导体的特征，必须使它们的共轭结构产生某种缺陷，即进行某种“掺杂”。 掺杂就是使共轭聚合物链上发生电荷转移或者发生氧化/还原反应。 掺杂方法主要有三种 电化学掺杂法 化学掺杂法 物理掺杂法 日本筑波大学材料学院的化学教授白川英树（Hidekishirakawa） 美国费城宾夕法尼亚大学的化学教授马克迪尔米德 (Alan.G.MacDiarmid) 加利福尼亚大学固体聚合物和有机物研究所的物理学教授黑格尔 (Alan.J.Heeger)。 经过三十多年的努力，已经合成了许多各种类型的导电高分子，其可能的应用领域包括：发光二极管、薄膜晶体管、太阳能电池、聚合物存储器、聚合物光学开关、聚合物传感器、聚合物激光以及聚合物非线性光学材料等; 由于可望制成低成本、柔性光电子器件而使其在光电信息领域的应用研究更是日新月异，由此材料科学又开辟了一个崭新的研究领域—光电高分子材料。 目前国际科技界公认“有机/聚合物光电功能材料”将为新世纪信息产业的飞速发展和技术应用提供物质上的硬件基础。正如美国德克萨斯大学的教授艾伦·巴德所说， “在材料科学领域，对有机/聚合物材料电子过程的研究将建立一个由新型电子屏幕、存储器和晶体管组成的“有机电子工业”。 光电导效应：是在光照的条件下材料电导率发生改变的现象，它包括以下几个物理过程：吸收光→载流子产生→载流子驰豫→载流子迁移或复合。它是光电子学中一个非常重要的性能，是光伏器件、空间光调制器、硬拷贝设备和光电子计算机的应用基础。 1936年，居里夫人实验室的G. Destnau将有机荧光化合物分散在聚合物中制成薄膜，发现了有机电致发光现象。20世纪50年代人们开始了用有机材料制作