n型有机半导体材料及在光电器件中的应用

作者：占肖卫等

书号：9787030648068

丛书名：光电子科学与技术前沿丛书

出版日期：2020-05-01

索书号：TN2/Y357/4

有机半导体材料具有质轻、柔性、可溶液加工、价廉等优点，在光电器件中的应用越来越广泛。n型和p型有机半导体材料对光电器件同等重要。然而，n型有机半导体材料的早期发展曾长时间滞后于p型有机半导体材料，被认为是有机电子学领域的一个瓶颈。近年来，n型有机半导体材料的研究取得了突破性进展。本书重点论述n型有机半导体材料的分子设计、合成及在有机光电器件（发光二极管、场效应晶体管、有机太阳电池和钙钛矿太阳电池、光电探测器、逻辑电路）中的应用。

目录

丛书序 i

本书序 iii

前言 v

第1章 n型有机半导体的设计与合成 001

1.1 富勒烯体系 001

1.2 酰亚胺体系 003

1.2.1 苝酰亚胺 003

1.2.2 萘酰亚胺 015

1.2.3 其他酰亚胺 018

1.3 稠环电子受体体系 020

1.4 总结与展望 025

参考文献 025

第2章 n型有机半导体在发光二极管中的应用 032

2.1 有机发光二极管简介 032

2.1.1 有机发光二极管的发展历史 032

2.1.2 有机半导体材料的物理特性 033

2.1.3 有机发光二极管的工作原理 039

2.2 有机发光二极管中的n型有机半导体 043

2.3 荧光有机发光二极管 050

2.3.1 有机分子的荧光 050

viii n型有机半导体材料及在光电器件中的应用

2.3.2 荧光有机发光二极管中的n型有机半导体 050

2.4 磷光有机发光二极管 052

2.4.1 有机分子的磷光 052

2.4.2 磷光有机发光二极管中的n型有机半导体 053

2.5 热致延迟荧光有机发光二极管 054

2.5.1 有机分子的热致延迟荧光 054

2.5.2 TADF 有机发光二极管中的n型有机半导体 056

2.6 分子间热致延迟荧光有机发光二极管 057

2.6.1 有机分子间TADF 057

2.6.2 分子间TADF 有机发光二极管中的n型有机半导体 058

2.7 电掺杂有机发光二极管 058

2.7.1 有机材料p型和n型掺杂的基本原理 059

2.7.2 n型半导体作为掺杂剂制备有机p型掺杂材料 059

2.7.3 n型半导体作为母体材料制备有机n型掺杂材料 060

2.8 有机发光二极管存在的问题及未来发展方向 060

参考文献 061

第3章 n型有机半导体在场效应晶体管中的应用 066

3.1 有机场效应晶体管简介 066

3.1.1 器件结构 066

3.1.2 器件工作原理 068

3.1.3 器件性能参数 071

3.2 n型有机半导体简介 072

3.2.1 n型有机半导体在场效应晶体管中的作用 072

3.2.2 场效应晶体管对n型有机半导体的要求 073

3.2.3 有机半导体层制备方法 074

3.3 有机小分子半导体 076

3.3.1 酰亚胺类有机小分子 076

3.3.2 醌式结构 090

3.3.3 并苯及吡嗪衍生物 094

3.3.4 联噻吩和联噻唑类 096

3.3.5 茚并芴二酮类 100

3.3.6 苯并二呋喃二酮类 101

3.3.7 酞菁类 101

3.3.8 富勒烯衍生物 102

3.4 n型聚合物半导体 105

3.4.1 芳香酰亚胺类聚合物 106

3.4.2 吡咯并吡咯二酮类聚合物 111

3.4.3 聚对苯撑乙烯类衍生物 113

3.4.4 其他n型聚合物半导体 115

3.5 总结与展望 116

参考文献 118

第4章 n型有机半导体在有机太阳电池中的应用 137

4.1 有机太阳电池简介 137

4.1.1 有机太阳电池的发展历史与器件结构 137

4.1.2 有机太阳电池的工作原理与测试表征 138

4.1.3 有机太阳电池中的n型有机半导体 140

4.2 富勒烯及其衍生物 143

4.2.1 C60和C70 143

4.2.2 芳基富勒烯丁酸甲酯 145

4.2.3 茚加成富勒烯 147

4.2.4 其他富勒烯衍生物 147

4.3 新型非富勒烯受体 149

4.3.1 亚酞菁及其衍生物 149

4.3.2 酰胺和酰亚胺 151

4.3.3 稠环电子受体 163

4.4 总结与展望 175

参考文献 176

第5章 n型有机半导体在钙钛矿太阳电池中的应用 187

5.1 钙钛矿太阳电池简介 187

5.1.1 钙钛矿太阳电池的发展历程 187

5.1.2 钙钛矿太阳电池的工作原理 190

5.1.3 钙钛矿太阳电池的结构分类 190

5.1.4 钙钛矿太阳电池的稳定性 192

5.2 n型有机半导体在不同结构的钙钛矿太阳电池中的应用 194

5.2.1 n型有机半导体在反式钙钛矿太阳电池中的应用 194

5.2.2 n型有机半导体在正式钙钛矿太阳电池中的应用 199

5.3 总结与展望 202

参考文献 203

第6章 n型有机半导体在光电探测器中的应用 209

6.1 光电探测器的工作机理和关键参数 209

6.1.1 二极管型光电探测器的工作机理 210

6.1.2 倍增型光电探测器的工作机理 211

6.1.3 有机光电探测器的关键参数 213

6.2 二极管型有机光电探测器 221

6.2.1 基于富勒烯材料的二极管型有机光电探测器 221

6.2.2 基于非富勒烯材料的二极管型有机光电探测器 221

6.3 倍增型有机光电探测器 226

6.3.1 分层异质结探测器 226

6.3.2 体异质结探测器 229

6.4 光谱响应范围的调控 235

6.4.1 选择窄吸收材料实现窄带响应有机光电探测器 236

6.4.2 调控器件中光场分布优化其光谱响应范围 238

6.5 有机光电探测器面临的机遇与挑战 243

参考文献 243

第7章 n型有机半导体在逻辑电路中的应用 248

7.1 有机逻辑电路简介 248

7.2 n型小分子半导体材料 249

7.2.1 氟化的有机共轭分子 249

7.2.2 含羰基的有机共轭分子 250

7.2.3 含氰乙烯基的有机共轭分子 251

7.2.4 萘酰亚胺与苝酰亚胺衍生物 252

7.3 n型聚合物材料 256

7.4 基于有机场效应晶体管的有机电路 259

7.4.1 基于有机场效应晶体管有机电路的构建方法 259

7.4.2 基于有机薄膜场效应晶体管的有机电路 261

7.4.3 基于有机单晶场效应晶体管的有机电路 262

7.5 总结与展望 264

参考文献 265

索引 273