【写作竞赛】一维有机p-n异质结纳米阵列的制备及其光电性能

纳米p-n异质结作为一种基础性的电子学器件受到科学家们的广泛关注。近年来,人们利用无机半导体、有机共轭聚合物和有机小分子材料来制备p-n异质结,并得到了低阈值高稳定性的光电器件,如:光发射、光整流二极管和太阳能电池。相比于前两种材料,有机小分子具有结构多样性、光电性能优异、易裁剪等优势,使得有机材料的研究在整个光电材料科学领域中占有重要的地位。

有机半导体异质结光电性质的研究目前处于刚刚兴起的阶段,各种各样的有机纳米结构都被期望用来制备纳米尺度上的光电材料与器件,实现一定的光电集成器件的功能。其中,一维纳米材料不仅是纳米级装置的功能和集成的关键所在,同时也有利于研究有机纳米结构中的激子光子耦合作用和有机纳米结构中激子传播机制。因此,将一维p-n纳米结构进行高取向的阵列化排列,不仅能够有利于制备器件集成回路,更有利于提高器件的性能。但是,现有的异质结阵列制备方法并不完全适用于有机材料,所以,将各种不同性质的单元通过简单快捷的方式有序的组装起来,得到具有特定光电功能的p-n异质纳米阵列结构,是目前光电器件研究面临的主要问题和发展趋势。

最近,中国科学院化学研究所光化学重点实验室赵永生课题组通过一步气相沉积的方法成功制备出一维有机p-n异质结纳米阵列。研究人员将光电性能优异,能量匹配的共轭有机半导体材料(四吡啶卟啉(H2TPyP, n-type)和酞菁铜(CuPc, p-type))放在不同温区,通过一步物理气相沉积的方法使p型半导体选择性的外延生长在n型半导体一维竖直纳米结构的端头,形成具有核壳结构的p-n异质结阵列。其中,每一根纳米异质结都表现出良好的光整流效应,光开关性质和光伏效应。同时,科学家们也测试了大面积阵列器件的光伏性质,为制备器件集成回路提供重要的借鉴。

该实验室的研究人员强调称,这一系列的研究结果为研究分子间相互作用与微纳异质结构的相互关系,以及激子转移过程与可调谐光电性质的相互关系提供了重要的理论和实验依据。