Диссертация (1144191), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Падениеинтенсивности ФЛ в связи с появлениями центров безызлучательнойрекомбинации носит пороговый характер. Пороговая доза для ZnTPPсоставляет 20 кГр, а для нанокомпозита ZnTPP/C60 увеличиваетсяпримерно в 2,5 раза, что связано с фотоиндуцированным переносомзаряда на С60.3. Процессы тушения ФЛ в композитах MEH-PPV/С60 сильнеепроявляются для пленок на Si подложках по сравнению сориентирующейподложкойслюдыиз-задиспергированиякомпонент.НанокомпозитымолекулярногоMEH-PPV/C60проявляют повышенную стойкость к гамма-излучению, что связано сбыстрым разделением фотовозбужденного экситона.4. При образовании нанокомпозита MEH-PPV/H2TPP спектральнаязависимостьФЛкомпозитаопределяетсяпорфириновойкомпонентой, а эффективное тушение ФЛ полимера связано спереносомэнергиипомеханизмуФерстеравкомпозите.Стабильность фотолюминесцентных характеристик нанокомпозитана основе MEH-PPV/H2TPP после гаммы облучения выше, чемполимернойматрицы,уменьшениеинтенсивностиФЛвосстанавливается в течении недели.5.
Спектральная зависимость и интенсивность ФЛ нанокомпозитаMEH-PPV/КТ PbS мало изменяется под действием гамма-облучениядо доз порядка 104 Гр.ДостоверностьДостоверностьполученныхвоспроизводимостьюрезультатовэкспериментальныхобусловленаданных,хорошейприменением10совокупности современного высокоточного измерительного оборудованияи откалиброванных источников, а также согласованностью полученныхрезультатов с данными научных публикаций и с теоретическими моделями.Апробация работыОсновныерезультатыисследованийдокладывалисьнавсероссийских и международных научных конференциях: Всероссийскоймол.конф.пофизикеполупроводниковинаноструктур,полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Россия, Санкт-Петербург(2014, 2015, 2016, 2017); Saint–Petersburg OPEN, Россия, Санкт-Петербург(2014, 2017); Всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов имолодых ученых по направлению «Диагностика Наноматериалов иНаноструктур», Россия, Рязань (2015); International Conf.
on NanostructuredMaterials, Россия, Москва (2014); Междунар. Конф. «Аморфные имикрокристаллические полупроводники», Россия, Санкт-Петербург (2014,2016, 2018); Неделя науки СПбПУ: научно-практ. конф. c межд. участием(2015,2016); Open Science, Россия, Гатчина (2016); Всерос. конф. понаноматериалам, Россия, Москва (2016);” Advanced Carbon NanoStructures”,Россия, Санкт-Петербург (2013, 2015, 2017).ПубликацииПо теме диссертации опубликованы 16 печатных работ, 12 изкоторых изданы в научных журналах из списка ВАК, 15 входят в базыданных WoS или Scopus.
Список опубликованных работ приводится вконце автореферата.Личный вкладОсновные результаты диссертации получены лично автором. Авторразрабатывал методологию экспериментальных исследований, лично исовместно с соавторами проводил экспериментальные исследования,анализировалиобрабатывалрезультатыэкспериментов,активноучаствовал в обсуждении результатов и теоретических моделей, а также впубликации печатных трудов. Квантово-химические расчеты выполнены11под руководством О.Е.
Квятковского. Выбор направления исследований,постановка задачи, обсуждение результатов осуществлялись совместно снаучным руководителем.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и спискалитературы. Общий объем диссертации 133 страницы, включая 69рисунков и 4 таблицы. Список литературы включает 147 цитированныхисточников и публикации автора.
Нумерация литературы сквозная.12Глава1. Обзор литературы1.1.Свойстваорганическихнанокомпозитныхпленокиперспективы их применения в оптоэлектроникеЭра органической электроники началась в 1950-х годах с открытия иисследования проводимости органических материалов, которые ранеесчитались диэлектриками. А. Хигер, А.
Макдиармид и Х. Сиракава,совершив настоящий прорыв в области органической электроники,показали в 1977 году [5,6] возможность создания проводящих полимеровпутем легирования полимера полиацетилена галогенами, получив за этирезультаты много позднее, в 2000 году, Нобелевскую премию по химии.Кроме высокомолекулярных соединений – сопряженных полимеров – вустройствахорганическойэлектроникиуспешноиспользуютсяинизкомолекулярные органические полупроводники различных классов –порфирины, фталоцианины, фуллерены, органические красители, ихпроизводные и соединения и т.д.
Материалы для нужд органическойэлектроники можно условно разделить на три крупные категории:низкомолекулярные («малые молекулы» с массой, лежащей в пределах 500- 900 у.е. и характерным размером 10−9 м), полимерные и биологическиематериалы [1].Всравненииэлектроники,сиспользованиеморганическиевеществаматериаловимееткактрадиционнойопределенныепреимущества, так и недостатки, что ограничивает их применениеконкретными областями электроники.
Органические материалы имеютобычно небольшую концентрацию носителей с большей эффективноймассой, низкую подвижность, что ограничивает рабочую частоту устройствна их базе. Неразработанность процессов литографии часто не даетвозможности создать наноразмерные органические устройства, хотя впоследнее время для этого используются процессы самоорганизации.13В целом наиболее перспективными областями для промышленногоиспользования органики в настоящее время являются оптоэлектронныхустройств,такиекаксолнечныеэлементы,фотоприемникиисветоизлучающие структуры [2], поскольку от таких структур не требуетсямалого размера дискретных элементов и высокого быстродействия.
В то жевремя можно использовать такие общие преимущества органическихматериалов, как широкие возможности модификации электроннойструктуры и свойств путем функциализации, использование композитов свключениямиКТ [3], супрамолекулярных структур с заданнымиструктурой и свойствами, дешевые (в массовом производстве) технологииполучения тонкопленочных структур на большой площади, на гибких ипрозрачных полимерных подложках [6]. Для того, чтобы органическиесолнечные элементы получили всеобщее распространение, стоимость 1кВт/ч электроэнергии, производимой структурами на их основе, согласнорасчетам, должна находиться в пределах 0,01 - 0.02 условных единиц(долларов США) [7].Одним из основных преимуществ органических структур являетсявозможность их создания достаточно простыми и воспроизводимымиметодами [2] c возможностью модификации [8].
Различные структурыорганической электроники могут производится методами струйной печати,рулонной печати (roll-to-roll и вакуумный roll-to-roll) и штамповки [9].Использованиенанокомпозитныхинанокомпозитныхматериаловразличных типов (объемные гетеропереходы, молекулярные и донорноакцепторныекомплексы,многослойныеструктуры,органико-неорганические нанокомпозиты с включениями различной (0D - 3D)размерности и т.п. значительно расширяет функциональные возможноститаких слоев [1, 10]. В классической работе [11], посвященной двухслойнымсолнечным элементам, реальный КПД составил лишь 1 %.
Использованиефуллерена в качестве акцептора позволило поднять реальный КПД до 3 - 4% [12], а один из максимальных зафиксированных на данный момент КПД14для тандемных структур составил около 15% [13]. В работе [14] былопоказано,чтодляреализациикоммерческиконкурентоспособныхорганических солнечных элементов с эффективностью преобразованияэнергии на уровне 10 - 11 % наиболее рационально использованиеконцепции объёмного гетероперехода, позволяющего реализовыватьполимерные и гибридные структуры.Перспективыпримененияорганическихматериаловвоптоэлектронике подробно рассмотрены в обзорах [2,10].
Рассмотреныразличные материалы для создания нанокомпозитных материалов наоснове проводящих полимеров, проанализированы основные технологииполучения органических структур для нужд фотовольтаики. Рассмотренаинтеграция органических и неорганических материалов на наноуровне, чтопозволяет сочетать свойства (технологичность) как композитной матрицы,так и электрические и оптические свойства неорганических наночастиц.Сделан вывод, что основной областью применения органическихнанокомпозитов является оптоэлектроника - подсветка панелей, а такжесоздание активных светоизлучающих матриц.
Органические структурыдолжны найти свое применение также в нанокомпозитных солнечныхэлементах [14] и органических проводах [15].151.1.1. Нанокомпозиты на основе фуллерена С60Использование фуллерена в органической опто – и фотоэлектроникеосновано на сильных акцепторных свойствах молекулы фуллерена(сродство к электрону около 4 эВ). Данное значение колеблется взависимости от способов вычисления и измерения [16 - 18]. Подвижностьэлектронов в пленках немодифицированного фуллерена С60 можетдостигать 8 см2/В [19], что является весьма значительной величиной дляорганических слоев.Известно, что в фуллерене при поглощении света образуется экситонФренкеля (связанная электронно – дырочная пара) [20, 21], для разделениякоторого могут использоваться различные молекулярные комплексы,молекулярныеиобъемныегетеропереходы[1].Схематическоеизображение объемного гетероперехода (как сети взаимопроникающихканалов доноров и акцепторов) приведено на рис.
1. Особый интересуделяется нанокомпозитным структурам (блендам) на основе полимеров,которые легко позволяют получить объемный гетеропереход [21 - 23].В результате взаимодействия молекулы фуллерена и донорной(органическийилинеорганической)молекулынагетерограницепроисходит разделение экситона на электрон и дырку. Исследованиевлияния добавок различных донорных компонент на оптические,фотоэлектрические и электрофизические свойства пленок фуллеренапредставляют интерес для разработки новых органических эффективныхсолнечных элементов [24].16Рис. 1. Схематическое изображение объемного гетероперехода на основе производнойфуллерена [25]В настоящее время фуллерен и его производные (фуллерен легкоподдается модификации) используются как один из базовых материалов вкачествесоставляющихсолнечныхэлементов,тонкопленочныхорганических транзисторов, как компонент функциональных слоев ворганических светодиодных дисплеях [26].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
