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有機半導體材料研究現狀及發展趨勢

科技觀察員 ? 來源:apogeeweb ? 作者:apogeeweb ? 2023-06-30 14:51 ? 次閱讀

自1990年代末至2000年代初以來,有機半導體材料的研究引起了相關領域的高度關注,大大提高了實驗室環境中有機半導體器件的制造水平。目前,有機半導體器件領域正在進入商業化階段。

目前有幾種類型的有源和無源器件,如晶體管二極管OLED傳感器、存儲器、顯示器、電池、電阻電容器電感器天線等。

1有機太陽能電池

有機太陽能電池,顧名思義,是構成有機材料核心部件的太陽能電池。主要目的是利用光敏有機物作為半導體的材料,通過光伏效應產生電流,從而達到太陽能發電的效果。

太陽能電池主要包括晶體硅電池和薄膜電池兩種。它們各自的特性決定了它們在不同的應用中具有不可替代的地位。然而,未來10年,晶體硅太陽能電池的份額盡管由于薄膜太陽能電池的發展等原因而下降,但主導地位仍未根本改變;而如果薄膜電池能解決轉換效率不高、制備薄膜電池對于設備昂貴等問題,將有巨大的發展空間。

OSC的結構原理包括以下狀態

1.有機太陽能電池利用光敏有機物作為半導體的材料,通過光伏效應產生電流。主要的感光有機材料具有共軛結構并具有導電性,如酞菁、卟啉和花青(cyanine)。

2.有機太陽能電池按半導體材料可分為單結結構、P-N異質結結構和染料敏化納米晶結構。

3.單結的結構是基于肖特定壘原理的有機太陽能電池。結構為玻璃/金屬電極/染料/金屬電極。兩個電極的電場可以產生電場。電子從低功率函數的金屬電極轉移到高功率電極,產生光電流。由于電子空穴在同一材料中傳輸,因此光電轉換率低。

4.p-N異質結構是指與供體受體(N型半導體和P型半導體)的異質結構以及異質結構的結構。該半導體材料為染料,如酞菁和苝四種甲醛亞胺化合物,利用半導體層之間的D/A界面(供體、受體、供體、受體)性質和電子空穴轉移分別在不同的材料中,提高了分離效率。EliasStathatos等人結合無機和有機化合物的優點,使太陽能電池的光電轉換達到5%~6%。

5.ye敏化太陽能電池(DSSC)主要是指以染料敏化多空間納米結構TiO2薄膜為光陽極的太陽能電池。它是一種具有葉綠素光合作用原理的仿生植物的太陽能電池。但是,NPC太陽能電池可以使用適當的氧化還原電解液來提高光電效率,并且一般穩定在10%。而且,納米TiO2的制備簡單、成本低、壽命長。具有良好的市場前景。

2有機發光二極管(OLED)

有機發光二極管(OLED)也稱為機電激光顯示器和有機發光二極管。1979年,美國華裔教授鄧慶云(ChingW.Tang)被發現在實驗室。OLED顯示技術具有自發光、視角廣、幾乎無限高對比度、低功耗、反應速度快等優點。

OLED顯示技術廣泛應用于手機數碼相機、DVD、個人數字助理(PDA)、筆記本電腦、汽車音響電視等。OLED顯示屏非常輕薄,因為它不使用背光。OLED顯示屏還具有最大160度的寬屏幕視圖,工作電壓為《》至《》伏(伏特,以V表示)。

OLED顯示技術具有自發光的特點,其有機材料和玻璃基板的涂層非常薄,當電流通過時,這些有機材料會發光,與OLED顯示屏的視角不同,并且可以節省能源,從2003年開始顯示設備就已經應用于MP3播放器中。

3RFID標簽

射頻識別(RFID)是一種無線通信技術。它可以通過無線電信號識別特定目標,讀寫相關數據,不需要識別系統與特定目標之間的機械光學接觸。

無線電信號通過射頻調制的電磁場傳輸,從附著在物體上的標簽傳輸數據,從而自動識別和跟蹤物品。某些標簽在被識別時可以從識別器發出的電磁場中獲取能量,并且不需要電池。它們也有標簽,擁有電源,可以發出無線電波(射頻電磁場)。標簽包含存儲在幾米內可以識別的電子信息。與條形碼不同,RFID標簽不需要在標識符的視線范圍內,可以嵌入到被跟蹤的對象中。

RFID技術用于許多行業。將標簽貼在生產中的汽車上,工廠可以方便地跟蹤汽車在生產線上的進度。倉庫可以跟蹤藥物的位置。RFID標簽也可以貼在牲畜和寵物上,便于識別牲畜和寵物。射頻識別卡使員工能夠進入建筑物的鎖定部分,汽車上的無線電響應器也可用于收取費用和停車場。

RFID是本世紀十大最具影響力的技術之一,然而,由于成本高昂,這項技術沒有得到普及和發展。低成本有機RFID的研發可以在未來解決這個問題。目前,世界仍處于探索階段,但總體上對其前景有利。

4有機傳感器

有機傳感器是使用有機聚合物材料作為敏感材料的傳感器。有機高分子材料是60年代發展起來的新材料。它們具有電子、光學、熱學、機械、化學和生物特性,拓展了傳感器技術領域。發展最迅速的電子功能高分子材料如李敏、熱敏和光敏元件。

例如,聚偏氟乙烯共聚物及其系列材料具有優異的耐輻射性、電絕緣性、化學穩定性、熱穩定性,經過拉伸、極化、電鍍電極處理后加工成薄膜,表現出較強的壓電效應、壓電效應和熱釋電效應,在傳感器領域的應用前景十分突出。

開發了立體聲耳機、麥克風、揚聲器、高頻加速度計、水聽器、聲納探測器、海洋監測裝置、海岸警衛隊裝置、水聲成像、超聲波無損檢測、表面聲波、延遲線、非接觸式開關、鍵盤開關、光纖開關、紅外探測器、入侵報警和打印傳感器等。

在醫療器械方面,有心音、胎音計、脈搏計、人體組織實時超聲成像儀、A超聲波掃描設備、血流檢測儀、假體傳感器、盲人觸覺傳感器等產品。例如,三甘氨酸硫酸鹽有機熱發光薄膜具有很高的熱釋電系數。它是一種非接觸式新型熱電敏感材料,可直接將熱輻射轉化為電信號。該傳感器響應頻率高,速度快,頻段寬,不受輻射波長限制。在氣體分析、遙測、遙感等方面具有獨特的優勢。

5集成智能系統

隨著計算機網絡的發展,通信人工智能、專家系統、智能數據庫、多媒體、神經網絡、遺傳算法和神經模糊理論、智能控制、機器人技術,特別是神經網絡理論的廣泛滲透,綜合智能系統(IIS)得到了廣泛的研究和開發。

IIS其實是一個具體的體現,就是試圖通過眼睛模擬兩個個體幾百米的距離進行遠程通信,IIS智能人就是試圖實現這些,包括智能手腳、眼睛、耳朵、嘴巴、推理、控制、聯想記憶,智能技術是不可能用這些功能在單一中完成的,需要運用多種智能技術集成,實現智能化復合型人。

IIS可用的具體塊說明。它包括推理、轉移、行動三部分,為人,一部分由人腦中的大量神經元完成推理,推理結果通過各種神經字母1轉移到其他器官的手中,動作由外部器官執行,它發出完整的推理命令。

IIS的應用包括銀行、過程控制與自動化、監控、機器人系統、制造系統、信息服務等,IIS的實現必須采用專用軟件開發環境:各種標準的通用軟件開發環境、專家系統、神經網絡仿真器控制和機器人系統仿真器、現有軟件模塊、標準化機器人、控制和自動化模塊,基于語言的特殊使用,如用于與并行推理機配合開發的分布式控制軟件開發效率比FORTRAN、C語言是更先進和面向實時性的Paracell語言,并發手段也必須由硬件(Transputer、OCCAM中的并發語言巨頭,以及使用各種并行機)在技術圖紙中提供。

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