注册
ISSN 1000-6818CN 11-1892/O6CODEN WHXUEU
物理化学学报 >> 0,Vol.>> Issue()>> 0-0     doi: 10.3866/PKU.WHXB201715185         English Abstract
利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布
刘继翀1,2, 唐峰1,2, 叶枫叶1,3, 陈琪1, 陈立桅1
1. 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所国际实验室, 中国科学院纳米科学卓越中心, 江苏 苏州 215123;
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 中国科学技术大学化学系, 合肥 230026
Full text: PDF (2025KB) 输出: BibTeX | EndNote (RIS)

薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能。因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据。此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作。垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题。研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段。本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景。



关键词: 扫描开尔文探针显微镜   能级排布   横截面   界面层   有机太阳能电池   有机-无机钙钛矿光探测器  
收稿日期 2017-04-13 修回日期 2017-05-16 网出版日期 2017-05-18
通讯作者: 陈琪, 陈立桅 Email: qchen2011@sinano.ac.cn;lwchen2008@sinano.ac.cn

基金资助: 国家自然科学基金(21625304,51473184,11504408),中国科学技术部重点研发计划(2016YFA0200703),中国科学院科研装备研制项目(YZ201654)资助

引用文本: 刘继翀, 唐峰, 叶枫叶, 陈琪, 陈立桅. 利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布[J]. 物理化学学报, 0,(): 0-0.
LIU Ji-Chong, TANG Feng, YE Feng-Ye, CHEN Qi, CHEN Li-Wei. Visualization of Energy Band Alignment in Thin-Film Optoelectronic Devices with Scanning Kelvin Probe Microscopy[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 0, (): 0-0.    doi: 10.3866/PKU.WHXB201715185

(1) He, Z.; Zhong, C.; Su, S.; Xu, M.; Wu, H.; Cao, Y. Nat. Photon. 2012, 6, 591. doi: 10.1038/nphoton.2012.190
(2) Hu, X.; Zhang, X. D.; Liang, L.; Bao, J.; Li, S.; Yang, W. L.; Xie, Y. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 7373. doi: 10.1002/adfm.201402020
(3) Tan, Z. K.; Moghaddam, R. S.; Lai, M. L.; Docampo, P.; Higler, R.; Deschler, F.; Price, M.; Sadhanala, A.; Pazos, L. M.; Credgington, D.; Hanusch, F.; Bein, T.; Snaith, H. J.; Friend, R. H. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 687. doi: 10.1038/nnano.2014.149
(4) Dai, X.; Zhang, Z.; Jin, Y.; Niu, Y.; Cao, H.; Liang, X.; Chen, L.; Wang, J.; Peng, X. Nature 2014, 515, 96. doi: 10.1038/nature13829
(5) He, Z. C.; Xiao, B.; Liu, F.; Wu, H. B.; Yang, Y. L.; Xiao, S.; Wang, C.; Russell, T. P.; Cao, Y. Nat. Photon. 2015, 9, 174. doi: 10.1038/nphoton.2015.6
(6) Lin, Y.; Wang, J.; Zhang, Z. G.; Bai, H.; Li, Y.; Zhu, D.; Zhan, X. Adv.Mater. 2015, 27, 1170. doi: 10.1002/adma.201404317
(7) Zhang, Y.; Deng, D.; Lu, K.; Zhang, J.; Xia, B.; Zhao, Y.; Fang, J.; Wei, Z. Adv. Mater. 2015, 27, 1071. doi: 10.1002/adma.201404902
(8) Liu, W.; Li, S.; Huang, J.; Yang, S.; Chen, J.; Zuo, L.; Shi, M.; Zhan, X.; Li, C. Z.; Chen, H. Adv. Mater. 2016, 28, 9729. doi: 10.1002/adma.201603518
(9) Li, S.; Ye, L.; Zhao, W.; Zhang, S.; Mukherjee, S.; Ade, H.; Hou, J. Adv. Mater. 2016, 28, 9423. doi: 10.1002/adma.201602776
(10) Zhao, W.; Qian, D.; Zhang, S.; Li, S.; Inganas, O.; Gao, F.; Hou, J. Adv. Mater. 2016, 28, 4734. doi: 10.1002/adma.201600281
(11) Yang, Y.; Zhang, Z. G.; Bin, H.; Chen, S.; Gao, L.; Xue, L.; Yang, C.; Li, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 15011. doi: 10.1021/jacs.6b09110
(12) Zhang, J.; Zhang, Y.; Fang, J.; Lu, K.; Wang, Z.; Ma, W.; Wei, Z. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 8176. doi: 10.1021/jacs.5b03449
(13) Zhao, W.; Li, S.; Zhang, S.; Liu, X.; Hou, J. Adv. Mater. 2017, 29, 1604059. doi: 10.1002/adma.201604059
(14) Wang, W.; Zhang, F.; Du, M.; Li, L.; Zhang, M.; Wang, K.; Wang, Y.; Hu, B.; Fang, Y.; Huang, J. Nano Lett. 2017, 17, 1995. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b05418
(15) Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551. doi: 10.1002/adma.200601093
(16) Ishii, H.; Sugiyama, K.; Ito, E.; Seki, K. Adv. Mater. 1999, 11, 605. doi: 10.1002/(SICI)1521-4095(199906)11:8<605::AID-ADMA605>3.0.CO;2-Q
(17) Ishii, H.; Hayashi, N.; Ito, E.; Washizu, Y.; Sugi, K.; Kimura, Y.; Niwano, M.; Ouchi, Y.; Seki, K. Phys. Stat. Sol. A 2004, 201, 1075. doi: 10.1002/pssa.200404346
(18) Li, D. H.; Yan, H.; Li, C.; Yang, Y. L.; Wei, Z. X.; Wang, C. Chin. Sci.Bull. 2014, 59, 360. doi: 10.1007/s11434-013-0040-5
(19) He, Z.; Zhong, C.; Huang, X.; Wong, W. Y.; Wu, H. B.; Chen, L.; Su, S.; Cao, Y. Adv. Mater. 2011, 23, 4636. doi: 10.1002/adma.201103006
(20) Huang, F.; Wu, H. B.; Wang, D.; Yang, W.; Cao, Y. Chem. Mater. 2004, 16, 708. doi: 10.1021/cm034650o
(21) He, C.; Zhong, C. M.; Wu, H. B.; Yang, R. Q.; Yang, W.; Huang, F.; Bazan, G. C.; Cao, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2617. doi: 10.1039/b921775d
(22) Tan, W. Y.; Wang, R.; Li, M.; Liu, G.; Chen, P.; Li, X. C.; Lu, S. M.; Zhu, H. L.; Peng, Q. M.; Zhu, X. H.; Chen, W.; Choy, W. C. H.; Li, F.; Peng, J. B.; Cao, Y. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 6540. doi: 10.1002/adfm.201401685
(23) Liu, W.; Liang, T.; Chen, Q.; Yu, Z.; Zhang, Y.; Liu, Y.; Fu, W.; Tang, F.; Chen, L.; Chen, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 9254. doi: 10.1021/acsami.6b00327
(24) Tan, W. Y.; Gao, D. Y.; Zhong, S.; Zhang, J.; Zou, J. H.; Zhu, X. H.; Chen, W.; Peng, J. B.; Cao, Y. Org. Electron. 2016, 28, 269. doi: 10.1016/j.orgel.2015.11.002
(25) Li, Y.; Mao, L.; Tang, F.; Chen, Q.; Wang, Y.; Ye, F.; Chen, L.; Li, Y.; Wu, D.; Cui, Z.; Cai, J.; Chen, L. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2015, 143, 354. doi: 10.1016/j.solmat.2015.07.022
(26) Chen, F.; Chen, Q.; Mao, L.; Wang, Y.; Huang, X.; Lu, W.; Wang, B.; Chen, L. Nanotechnology 2013, 24, 484011. doi: 10.1088/0957-4484/24/48/484011
(27) Mei, A.; Li, X.; Liu, L.; Ku, Z.; Liu, T.; Rong, Y.; Xu, M.; Hu, M.; Chen, J.; Yang, Y.; Gratzel, M.; Han, H. Science 2014, 345, 295. doi: 10.1126/science.1254763
(28) Li, Y.; Meng, L.; Yang, Y. M.; Xu, G.; Hong, Z.; Chen, Q.; You, J.; Li, G.; Yang, Y.; Li, Y. Nat. Commun. 2016, 7, 10214. doi: 10.1038/ncomms10214
(29) Liu, X.; Lin, F.; Chueh, C. C.; Chen, Q.; Zhao, T.; Liang, P. W.; Zhu, Z. L.; Sun, Y.; Jen, A. K. Y. Nano Energy 2016, 30, 417. doi: 10.1016/j.nanoen.2016.10.036
(30) Li, X. Y.; Zhang, L. P.; Tang, F.; Bao, Z. M.; Lin, J.; Li, Y. Q.; Chen, L.; Ma, C. Q. RSC Adv. 2016, 6, 24501. doi: 10.1039/c5ra25787e
(31) Zhao, T.; Chueh, C. C.; Chen, Q.; Rajagopal, A.; Jen, A. K. Y. ACSEnergy Lett. 2016, 1, 757. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00327
(32) Chen, Q.; Chen, L.; Ye, F.; Zhao, T.; Tang, F.; Rajagopal, A.; Jiang, Z.; Jiang, S.; Jen, A. K.; Xie, Y.; Cai, J.; Chen, L. Nano Lett. 2017. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b00847
(33) Dou, L.; Yang, Y. M.; You, J.; Hong, Z.; Chang, W. H.; Li, G.; Yang, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 5404. doi: 10.1038/ncomms6404
(34) Tang, F.; Chen, Q.; Chen, L.; Ye, F.; Cai, J.; Chen, L. Appl. Phys. Lett. 2016, 109, 123301. doi: 10.1063/1.4963269
(35) Yip, H. L.; Jen, A. K. Y. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5994. doi: 10.1039/c2ee02806a
(36) Liang, X.; Ren, Y.; Bai, S.; Zhang, N.; Dai, X.; Wang, X.; He, H.; Jin, C.; Ye, Z.; Chen, Q.; Chen, L.; Wang, J.; Jin, Y. Chem. Mater. 2014, 26, 5169. doi: 10.1021/cm502812c
(37) Lee, J.; Kong, J.; Kim, H.; Kang, S. O.; Lee, K. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 243301. doi: 10.1063/1.3669533
(38) Saive, R.; Scherer, M.; Mueller, C.; Daume, D.; Schinke, J.; Kroeger, M.; Kowalsky, W. Adv. Funct. Mater. 2013, 23, 5854. doi: 10.1002/adfm.201301315
(39) Bergmann, V. W.; Weber, S. A.; Javier Ramos, F.; Nazeeruddin, M.K.; Gratzel, M.; Li, D.; Domanski, A. L.; Lieberwirth, I.; Ahmad, S.; Berger, R. Nat. Commun. 2014, 5, 5001. doi: 10.1038/ncomms6001
(40) Chen, Q.; Mao, L.; Li, Y.; Kong, T.; Wu, N.; Ma, C.; Bai, S.; Jin, Y.; Wu, D.; Lu, W.; Wang, B.; Chen, L. Nat. Commun. 2015, 6, 7745. doi: 10.1038/ncomms8745
(41) Liscio, A.; Palermo, V.; Samorì, P. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 541. doi: 10.1021/ar900247p
(42) Charrier, D. S. H.; Kemerink, M.; Smalbrugge, B. E.; de Vries, T.; Janssen, R. A. J. ACS Nano 2008, 2, 622. doi: 10.1021/nn700190t
(43) Cohen, G.; Halpern, E.; Nanayakkara, S. U.; Luther, J. M.; Held, C.; Bennewitz, R.; Boag, A.; Rosenwaks, Y. Nanotechnology 2013, 24, 295702. doi: 10.1088/0957-4484/24/29/295702
(44) Nanayakkara, S. U.; Cohen, G.; Jiang, C. S.; Romero, M. J.; Maturova, K.; Al-Jassim, M.; van de Lagemaat, J.; Rosenwaks, Y.; Luther, J. M. Nano Lett. 2013, 13, 1278. doi: 10.1021/nl400014

版权所有 © 2006-2016 物理化学学报编辑部
地址:北京大学化学学院 邮政编码:100871
服务热线:(010)62751724 传真:(010)62756388 Email:whxb@pku.edu.cn
^ Top