导电聚合物MEH_PPV表面光电特性的研究

1、第11卷第4期2003年12月材料科学与工艺MA TERIAL S SCIENCE &TECHNOLO GYVol 111No 14Dec. , 2003导电聚合物MEH -PPV 表面光电特性的研究黄宗浩, 孙海珠, 张文, 杨继华(东北师范大学化学学院, 吉林长春130024,E 2mail :. cn 摘要:用接触电位差(CPD 方法研究了导电聚合物MEH -PPV 薄膜的光电特性. 测得MEH 的能隙为211eV , 表面功函数为417-418eV , 是p 型导电材料. . 测得1关键词:光伏材料; MEH -PPV ; 接触电位差; 表面

2、功函数中图分类号:TG 171文献标识码:A-( -0383-03of polymer MEH -PPVG Z ong 2hao , SUN Hai 2zhu , ZHAN G Wen , YAN G Ji 2hua(College of Chemistry , Northeast Normal University , Jilin ,130024,China Abstract :The photoelectric characteristics of conducting polymer M EH -PPV thin film were studied using contact poten

3、tial difference (CPD method. The energy gap and the surface work function (SWF of M EH -PPV thin film were determined as 211eV and 417-418eV , respectively ; and the p -type conducting characteristic of film was determined , too. Meanwhile the influence of different coating solvents on photo 2electr

4、ic characteristic of thin film was investigated , and the result indicates that the SWF of film coated from tetrahydrofuran (THF is 0115eV lower than that from chlorobenzne (CB solution.K ey w ords :photovoltaic materials , M EH -PPV , contact potential difference , surface work functionM EH -PPV 是2

5、0世纪90年代发现的具有优良光电特性的共轭聚合物1,2. M EH -PPV 的可溶性和成膜性能良好, 可用以研制大面积、超薄和可卷曲的光电器件. 由于利用半导体材料的光-电特性研制光电探测器及光伏(太阳 , 因此目前导电聚合物光电特性和光电器件的研究成为一新研究热点36.研究表明, 聚合物的光电转换要经历以下主要过程:聚合物吸收入射光产生激子, 光生激子的扩散和在材料界面的电荷转移(CT 7. 其中光生激子在电子聚合物中的有效扩散距离在十至几十纳米左右. 因此, 电子聚合物表面的光电特性对聚合物薄膜光电器件的功能将起决定性作用.本文采用接触电位差(contact potential dif

6、2收稿日期:2001-09-25.基金项目:吉林省科技厅科技发展资助项目(2002618 作者简介:黄宗浩(1945- , 男, 教授.ference ,CPD 8的方法, 研究M EH -PPV 薄膜的光电特性, 同时研究不同铸膜溶剂对薄膜光电特性的影响.1实验和测试111样品的制备按文献用脱卤缩合法合成M EH -PPV 1. 结构式见图1. 为研究铸膜溶剂对薄膜表面光电特性的影响, 本文分别用四氢呋喃(THF -不含芳环的有机溶剂 和氯苯(CB -含芳环的有机溶剂 制备了质量浓度为1%的溶液, 在均胶机上用103r/min 转速均匀旋涂在以玻璃为衬底的清洁Au 膜上待用. 1. 2测试采

7、用德国Delta -Phi Electronic 生产的K elvin probe arrangement 测试M EH -PPV 样品界面的接触电位差谱, 光源为美国McPherson384材料科学与工艺第11卷Inc. 产的单色仪(250W Xe 灯 . V CPD 之值. 按式(1 ,M EH -PPV 的表面功函数约为417eV.212不同铸膜溶剂对薄膜光电特性的影响图3给出用CB 为溶剂铸膜所得厚度分别为12nm 和28nm M EH -PPV薄膜的CPD 谱. 与211的讨论相同, 该图表明MEH -PPV 薄膜的能隙为211eV , 且为p 型导体 .图1聚合物MEH -PPV

8、的结构Fig. 1The structure of polymer MEH -PPH由K elvin 探针法测得的接触电位差V CPD 由下关系式表述8:V CPD =(W 样/(式中W 样为, 5, e .图3氯苯为溶剂时MEH -PPV 薄膜的CPD 谱Fig. 3The CPD spectra of MEH -PPV thin film coaledfrom CB solution2211M EH -PPV 的光电特性参数图2是溶剂为THF 时两种M EH -PPV 薄膜自由界面的CPD 谱, 厚度分别为10nm 和30 nm.但图3中V 曲CPD 线整体比图2升高近0115eV. 因此

9、, 用CB 为溶剂铸膜所得M EH -PPV 薄膜的表面功函数约为4185eV. 说明铸膜溶剂不同, 对M EH -PPV 薄膜的光电特性有影响. THF 为不含芳环的有机溶剂, 它与M EH -PPV 烷氧链基间的相互作用要比与M EH -PPV 共轭主链间的相互作用要强. 因此在THF 的溶液中, M EH -PPV 链尽量以卷曲的方式存在, 以增加溶剂与侧基间的作用, 并在所铸薄膜中保持(记忆 这种形态9. 而CB 为含芳环的有机溶剂, 与THF 的情况相反, 溶液中M EH -PPV 链以伸展的方式存在, 以增加溶剂与共轭主链间的相互作用, 并在所铸薄膜中保持这种形态. 这图2四氢呋喃

10、为溶剂时MEH -PPV 薄膜的CPD 谱Fig. 2The CPD spectra of MEH -PPV thin film coaledfrom THF solution样, 以CB 为溶剂铸膜所得M EH -PPV 薄膜中,相邻链共轭体系间的耦合作用就要大于以THF 为溶剂所铸的膜. 由于M EH -PPV 为一维由图2可见:(1 在入射光子能量达到211eV 左右时, V CPD 陡然上升, 然后再变平缓. 这说明M EH -PPV 的能隙E g 约为211eV ; 而V CPD 在共轭聚合物, 导带和价带都是由离域轨道构成的, 被光致电离的电子主要是电子. 相邻链共轭体系间的耦合作

11、用不同将影响电子的相关能级和表面功函数. 另一方面, 相邻链共轭体系间的耦合作用强者, 通常将有利于光生激子的扩散和载流子的输运. 这样在聚合物光伏器件中, 如何选择铸膜溶剂应综合考虑以上因素.能隙处陡然上升、或M EH -PPV 的表面功函数在能隙处陡然上升, 说明材料表面正电荷发生明显聚集, 既M EH -PPV 是p 型导体8. 这一结果与用其它方法所得结果一致.(2 在入射光子能量小于211eV 时, V CPD 曲线取值平缓, 不同厚度薄膜在入射光子能量变小时, V CPD 趋于013eV 左右, 应视为无光照下3结论1 导电聚合物M EH -PPV 的能隙为211第4期黄宗浩, 等

12、:导电聚合物MEH -PPV 表面光电特性的研究C.Guangzhou China , 2001,11:42.385eV , 表面功函数为417418eV , 是p 型(空穴型 导电材料.2 用不含芳环的有机溶剂THF 铸的M EH -PPV 膜, 表面功函数比用含芳环的有机溶剂CB4Y AN G J ,HUAN G Z , BAI Y , et al. The investigationof a localized transition of poly (p -phenylene vinylene J.Thin S olid Film , 1998,327-329:419.5K AN G B

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17、ring adhesives J.Plast(上接第382想的高温粘接性能, 粘接部件在经历4001200的高温热处理后仍具有良好的连接强度;2 被粘接炭材料基体的性质与粘接性能之间存在一定的相关性;3 合适的孔隙率及孔径分布与粘结剂基体树脂粘度、残碳值的匹配是实现高性能连接的必要条件.Massy , 1991(10 :51-53.8KRAV ETSKII G A , AN IKIN L T , DEMIN A V , etal. The fields of application of high 2temperature adhe 2参考文献:1SIN TAROU I. Method of

18、joining graphite and metallicmaterials with a material comprising titanium , nickel and copperP.U. S. Patent :USP4989773,1991. 2KRAV ETSKII G A , AN IKIN L T , DEMIN A V , etal. High 2temperature bonding of Parts made of carbonsivesA .3rd European workshop on high 2temperature materialsC.Stuttgart :s. n. ,19951197200. 9王继刚, 郭全贵, 刘朗, 等, B 4C 改酚醛树脂对石墨材料的高温粘接性能研究J.耐火材料, 2001, 35(2 :72-75.10王继刚, 郭全贵, 刘朗, 等,B 4C 在石墨高温粘接过and carbon 2ceramics materials A .22nd Biennial Con 2ference on CarbonC.s. l. :s. n. ,199