Диссертация (1144191), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Нанокомпозиты на основе MEH-PPV/C60БинарноесоединениепроводящегополимераMEH-PPVсфуллереном C60 относится к числу перспективных и недорогих материаловдля разработки оптоэлектронных приборов с требуемыми параметрами.Понимание процессов механизма переноса заряда к электродам и переносазарядамеждудонорно-акцепторнымипарамивзависимостиотконцентрации фуллерена, может быть использовано для улучшенияфотовольтаических свойств объемного гетероперехода. В работе [62]исследовалась проводимость нанокомпозита в зависимости от составасмеси МЕН-PPV/C60, рис. 16.Показано, что при комнатной температуре незначительное изменениеконцентрации фуллерена С60 приводит к изменению проводимостинанокомпозитных пленок на несколько порядков, при этом поведениепроводимостиинтенсивностисоответствуетперколяционнойфотолюминесценциипритеорииИзменениеизмененияобъемнойконцентрации C60 является следствием процессов переноса заряда.В работе [63] показана связь между гашением фотолюминесценции(ФЛ)иусилениемфотовольтаическогоконцентрации С60 в нанокомпозите (рис.
17).эффектаприувеличении31Рис. 16. Спектры фотолюминесценции MEH-PPV и MEH-PPV/C60 с различнымиконцентрациями C60. Возбуждение на длине волны 500 нм [62]Рис. 17. Спектры фотолюминесценции чистого MEH-PPV и нанокомпозитаMEH-PPV/C60 (5%, 10% и 20% C60) [63]32Данные эффекты связаны с фотоиндуцированным переносом заряда междукомпонентами смеси, образующей объемный гетеропереход. Следуетобратить внимание на различную эффективность процессов тушения ФЛ вэтих двух публикациях [62 ,63] при одинаковых концентрациях тушителя –фуллерена.
Это показывает, что на процессы переноса заряда самымсущественным образом влияет структура нанокомпозита, технологияполучения и, возможно, ряд других факторов, что требует дополнительныхисследований.На рис. 18 показана плотность тока короткого замыкания структуры(Isc) как функция освещенности (532 нм).
Нанокомпозиты с концентрациейфуллерена более, чем 20 % демонстрируют линейную зависимостьповедения плотности тока короткого замыкания от интенсивностиосвещения.Рис. 18. Плотность тока короткого замыкания (Isc) как функция освещенности на длиневолны (532 нм) [63]33Отметим, что в литературе рассматриваются и более сложныенанокомпозиты полимер/производные фуллерена. Например, в работе [64]авторы рассмотрели влияние наночастиц Ni в пленки на основе поли(3гексилтиофена) и производных фуллеренов (P3HT:[60]PCBM:Ni).
Авторытеоретически показали, что введение наночастиц Ni в тонкие композитныепленки приводит к увеличению поглощения в спектральном диапазоне 400- 620 нм из-за эффектов поверхностного плазмонного резонанса, при этоммаксимумыповерхностногоплазмонногорезонансасдвигалисьдлинноволновую область при росте диаметра наночастиц Ni.в341.1.3.2. Нанокомпозиты MEH-PPV/H2TPPВ течение последнего десятилетия большой интерес вызываетструктурысопряженныйполимер-порфирин[65].Вработе[66]исследовано влияние добавления производных H2TPP в матрицупроводящегополимераMEH-PPVнафотолюминесцентныехарактеристики материала.
Авторы работы рассматривают механизмыпереноса энергии между компонентами и показывают, что энергетическийобменвнанокомпозитныхпленках,состоящихизMEH-PPVиH2TPP(COOH) (производная мезо-тетрафенилпорфирина), приводит кзначительному усилению ФЛ порфиринового компонента H2TPP(COOH).Спектральные зависимости ФЛ MEH-PPV, H2TPP(COOH) и бинарнойсистемы представлены на рис. 19. В работе делается вывод, чтовозбуждении ФЛ происходит в тонком твердом би-слое междукомпонентами, а перенос энергии между протекает по эффективномубезызлучательному механизму Фёрстера.Характернойфлуоресценциичертойдонораиданногопроцессавозникновениеявляетсяболеетушениедлинноволновойфлуоресценции производных H2TPP.
Безызлучательный перенос энергиипроисходит от донора, находящегося в возбуждённом состоянии, наакцептор через диполь-дипольное взаимодействие. Для двухслойнойпленки MEH-PPV/H2TPP(COOH) передача энергии происходит междудонорными и акцепторными молекулами в окрестности границы раздела.Ожидается,чтоприувеличенииплощадидонорно-акцепторногоинтерфейса в пленке MEH-PPV и H2TPP(COOH), эффективность переносаэнергиибудетувеличена.фотолюминесценцииПриMEH-PPVобразованииикомпозитаH2TPP(COOH)пикииспытываютнезначительное синее смещение на 6 нм и 16 нм соответственно, что авторысвязывают с взаимодействиями между донорами и акцепторами.35Рис.
19. Спектральные зависимости поглощения и ФЛ MEH-PPV, H2TPP(COOH) ибинарной системы [66]Таким образом, актуально дополнительно учить нанокомпозитныематериалы с большой площадью границы межфазного раздела иисследовать эффективность переноса энергии между компонентами.361.1.3.3.Нанокомпозитыквантовые точкиНанокомпозитыполупроводниковыхнаосновеквантовыхполупроводниковыеMEH-PPV/проводящихточекявляютсяполимеровиперспективнымиматериалами для разработки оптоэлектронных приборов с гибкойнастройкой их параметров [67]. Различные сочетания проводящихполимеров и полупроводниковых наночастиц (квантовых точек) позволяютзадать необходимые оптические свойства нанокомпозитов [68], т.к.варьирование размера квантовых точек (КТ) разных материалов позволяетобеспечить необходимый оптический спектр нанокомпозита и егосвойства.Например, в работе [69] были исследованы взаимодействияпроводящего полимера MEH-PPV и наночастиц ZnO в зависимости отконцентрации наночастиц ZnO и температуры (в случае ФЛ).
Былопоказано, что при температуре 297 K при возрастании концентрациинаночастицZnOпроисходитпадениеинтенсивностилинийФЛнанокомпозита, относящейся к MEH-PPV, в то время как интенсивностьлиний ФЛ, относящихся к ZnO, возрастает. При уменьшении температуры(прималыхконцентрацияхнаночастицZnO)наблюдаетсяростинтенсивности линий ФЛ нанокомпозита. При уменьшении температуры(при больших концентрациях ZnO) происходит уменьшение интенсивностьФЛ нанокомпозита. Авторы считают, что динамика изменения спектровФЛ в нанокомпозитных пленках на основе полупроводникового полимераMEH-PPV и наночастиц ZnO при увеличении их концентрации и припонижении температуры соответствует механизму Фёрстера для описанияпроцессов безизлучательного переноса энергии с учетом влияния дипольдипольного и, возможно, диполь-поверхностного взаимодействия.Пониманиемеханизмовизлучательногоибезизлучательногопереноса энергии является ключевым фактором для предсказаниялюминесцентных свойств нанокомпозитных материалов, используемых в37оптоэлектронных приборах.
Один из таких механизмов переноса энергиирассмотрен в работе [70], где перенос энергии по Ферстеру рассмотрен наоснове теории возмущений в адиабатическом приближении. В работе [71]теоретически рассмотрено поведение спектров фотолюминесценцииполимерной матрицы MEH-PPV при различной концентрации доноров наночастиц ZnO. На основании теории Ферстера был выполнен анализпроцесса безызлучательного переноса энергии в такой нанокомпозитнойсистеме. Перенос энергии рассмотрен в рамках приближения слабогодиполь-дипольноговзаимодействиямеждумолекулами,приэтомвероятность переноса энергии может быть выражена через интегралперекрытия спектров ФЛ и поглощения спектров взаимодействующихмолекул.
Для кулоновского взаимодействия электронов донора и акцептораможно выделить следующие основные положения. Скорость переносаэнергии для отдельной донорно-акцепторной пары kD-Aопределяетсявыражениемk D-A = 1/τD (R0/R)6(1),где τD – время жизни возбужденного состояния донора в отсутствиеакцептора. Характерное расстояние R0, на котором вероятность переносаравна вероятности спонтанного перехода, определяется как(0 )6 = 5.86 ∗ ( /4 ) ∫ () ()(1/ 4 )(2),где — квантовый выход фотолюминесценции донора, —показатель преломления среды, F(ν) — спектр фотолюминесценциидонора, нормированный по площади на единицу, () — молярнаядесятичная экстинкция акцептора энергии, ν — частота в см−1.Если в системе присутствует нескольких акцепторов, скоростьпереноса энергии одного возбужденного донора определяется суммойскоростей переноса между донором и всеми имеющимися акцепторами[71]. Взаимодействие по данному механизму могут протекать междуразличнымиобъектами,например,междуорганическойматрицей38полимера и различными неорганическими нановключениями, такими какКТ.Определенные КТ и наночастицы имеют свои уникальные свойства,и путем подбора можно получать нанокомпозит, предназначенный подопределенные задачи.
Например, с помощью КТ сульфида свинца PbSможно изготавливать материалы, имеющие практические приложения вближней инфракрасной (ИК) области спектра. Указанная область широкоиспользуетсядля оптическойсвязи, служит длядистанционногозондирования агропромышленных, фармацевтических и биологическихобъектов.
Квантовые точки сульфида свинца можно считать одними изсамых перспективных допантов для эффективного поглощения солнечнойэнергии в различных солнечных элементах, благодаря сочетанию такихкачеств,какпростотаидешевизнапроизводства,возможностьсинтезировать нанокомпозиты широкого спектрального диапазона.Рис. 20.
ФЛ нанокомпозитов PbS-полимер с тремя различными диаметраминанокристаллов [72].39В работе [72] рассматривались нанокомпозиты, состоящие изнанокристаллов PbS в сопряженной полимерной матрице. Авторысообщают об получении фото- и, что важно, электролюминесценции вдиапазоне от 1000 до 1600 нм с возможностью прецизионной перестройкиспектрального диапазона. Спектр ФЛ нанокомпозитов с перестраиваемойспектральным диапазоне от 1000 до 1600 нм приведен на рис. 20. Данныйэффект основан на использовании лигандов различной длины, служащиедля переноса возбуждений из полимерной матрицы в нанокристаллы.Нанокомпозитные материалы на основе матрицы полимера могутбыть также созданы с органическими включениями [73, 74].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
