光电信息功能材料研究进展和应用前景

作     者：杨承勇 吴凤霞 王水庆 

作者机构：中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050 西北轻工业学院材料工程系陕西咸阳712081 

出 版 物：《佛山陶瓷》 (Foshan Ceramics)

年 卷 期：2001年第11卷第1期

页      码：9-12页

摘      要：1 前言新材料的研制关系到一个国家的科学技术和生产力的发展,是国家经济发展的基础.世界各国都把新材料的研制列入国家重点研究计划.而本世纪处于由电子时代向光电子时代过渡的阶段,即光电子时代.光电功能材料既有电子材料的稳定性,又具有光子材料的先进性,将在光电子时代被广泛采用,有极大的市场前景.二十一世纪又是信息高度发达的社会,而支持信息发展的基础也是光电功能材料的研究与开发.2 光电和信息功能材料的热点研究领域2.1 纳米复合光电转换材料纳米复合光电转换材料是近几年发展十分迅速的领域之一.太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源,全球能量消耗总和只相当于太阳40分钟内投射到地球表面的能量.因此开发利用太阳能成为世界各国政府可持续发展能源的战略决策.已商业化的多晶硅太阳能电池的转换效率达到17%,但生产成本仍然很高.而纳米复合薄膜材料如CuInSe2的禁带宽度近于1.0eV,是目前已知光吸收性最好的半导体材料,其多晶薄膜具有优良的光电特性,光电转换效率可达到20%.采用化学气相沉积((CVD)、溶胶-凝胶(Sol-gel)制备,成本相对低廉.而近几年发展采用有机染料敏化半导体复合材料进行太阳能光电转换的研究取得了突破性进展,特别是在降低成本上体现了独特的优势.Graetzle[1]等以纳米多孔TiO2膜为半导体电极,以有机化合物作染料,并选用适当的氧化还原电解质,发展了一种纳米晶网络太阳能电池,终于在1991年取得突破,在太阳光下其光电转换效率达7.1%,IPCE(在单色光照射下光电子能量转换为电能的效率)大于80%.1992年Kamat和他的同事[ 2] 报导了CdS 敏化再经叶绿素a 敏化的ZnO电极的性能.OTE/ZnO/CdS/Chla 电极与OTE/ZnO/Chla电极相比,IPCE值几乎提高了十倍.1997 年Chouhaid Nasr 和Hotchandani[3]又报导了经CdS敏化的SnO2电极再经钌的联吡啶配合物敏化, 光响应起止波长发生红移,光生电子-空穴对的分离效率高,IPCE值也高.蔡生民教授指导的研究小组在导电高聚物(如聚吡咯)与TiO2的复合[4]及TiO2、ZnO经硫化物和有染料的复合敏化方面进行了有益的尝试.如何使制得复合材料的吸收光谱与太阳光谱匹配,光生电荷分离效率高且稳定性好是今后努力的方向.美国、欧洲、日本、澳大利亚等许多国家政府和公司在研究领域投入了大批力量.预期利用有机染料敏化半导体复合材料制备太阳能电池将在近阶段走向实用化.2.2 电致发光材料随着信息社会的快速发展,用于低能耗、轻便、大面积、全色平面显示器的电致发光器件颇受表睐.以前大多采用无机薄膜磷光粉材料,但无机器件由于脉冲激发而需要较高电压,并且外围设备较昂贵.自从***等[5] 报导了高亮度的有机电致发光器件以来,由于有机材料潜在的分子水平上可设计性(在可见光范围内有效发射),有机薄膜电致发光器件的研究工作取得了相当的进展,得到了红、绿和蓝色电致发光器件.目前,有机电致发光器件一般采用薄膜结构,此结构可有效控制带电载流子和分子激发在有机薄膜层内的运动,并且可以实现将带电载流子和激子局域于设计的区域[6].***等首次报道了分别由H2Pc[7]、H2Pc和DCM[4-(dicyanome-thylene)-2-methyl-6-(p-dimethy-laminostyryl)-4H-pyran]制备的发光二极管,发现EL(电致发光)光谱在蓝光和红外区分别有一个峰,红外发射起源于Q带的辐射跃迁.有机电致发光材料有无机材料无法比拟的优点:广泛的可选择性、优良的机械性能、可与集成电路相匹配的低直流驱动、高亮度(已超过2,000cd/m2,约为普通荧光屏亮度的数百倍)和高发光效率(已达4%)等.另外, 有机电致发光材料还可提供各种不同色调的发光,包括无机材料很难得到的蓝光.由于有机电致发光材料的一系列优点,已引起科技界和大公司的浓厚兴趣,彩色显示的初级产品已经问世,据估计每年将有40亿美元的市场需求.2.3 非线性光学(NLO)材料非线性光学材料由于其光克尔效应、光双稳态、谐波等特性可用于超高速光开关、光存储和光波调制及光放大领域.IBM Yorktown Heights[8] 研制出了通过光纤线以每皮秒10亿次的速度传输数据的实验计算机芯片.每块芯片集成了8000个约为1um的晶体管,约为现在芯片上集成晶体管数量的50倍.因而非线性材料被誉为未来光子材料的关键.以有机、无机、半导体、金属有机物、高分子产物为基础的二阶非线性光学材料可用于倍频和光电开关,Zieba等人[9]制备了DEANST(N,N-二乙基胺-β-亚硝基苯乙烯)-的PVP/SiO2复合薄膜,得到的含35% SiO2、18% DEANST、47%PVP复合薄膜

主 题 词：光电信息 功能材料 研究进展 应用 

学科分类：08[工学] 080501[080501] 0805[工学-能源动力学] 

D　O　I：10.3969/j.issn.1006-8236.2001.01.004

馆 藏 号：203278856...