[发明专利]一种有机单晶异质结复合膜、其制备方法及用途

说明书

有机单晶异质结复合膜是由双层或多层有机半导体单晶薄膜堆叠在一起构成。所述的有机单晶异质结复合膜中至少有两层相邻的有机单晶薄膜之间具有高效贴合性。有机单晶异质结复合膜具有分子排列高度有序、本体缺陷少、载流子在单晶层中传输快、激子传输距离长、可以实现光电功能集成和柔性制备等优点。一种有机单晶异质结复合膜的生长方法，制备得到了高质量的有机单晶异质结复合膜，在传感器、光电探测器、太阳能电池、显示器、记忆存储器、互补电路等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及有机半导体技术领域，具体涉及一种有机单晶异质结复合膜、其制备方法及用途。

背景技术

有机异质结(Organic Heterojunction)是由两种或以上不同类型有机材料所组成的结。通过将不同的组分(component)合并到一起集成为一个整体作为活性层(activelayer)，可以实现多种电学和光电功能的协同作用，甚至可以产生特殊的性能。有机异质结作为有机场效应晶体管、有机太阳能电池、有机发光二极管、记忆存储器等半导体器件中最关键的功能部分，对于光电器件的性能提升以及更广泛的应用具有重要的影响。有机异质结中，两种不同的材料相接触的界面形成了异质结界面，在光电器件中起到了关键的功能作用，以有机太阳能电池为例，由给体和受体材料组成的给体-受体异质结活性层(活性层是指起关键功能作用的层)，主要用于光生激子的分离，光生激子产生后，激子需要在其寿命内被传输到给体和受体材料的界面处才能分离为空穴和电子，激子分离后的电子和空穴分别在受体和给体材料中传输直到被电极收集。激子分离距离、载流子的传输性能极大地影响了太阳能电池器件的效率。因此，异质结的组成、结构有序度等对异质结的质量和性能有着非常重要的作用。目前对有机半导体材料根据其结构的有序性程度可以分为无定形态(amphorous form)和结晶形态(crystalline form)，其中结晶形态又分为单晶形态(single-crystalline form)和多晶形态(polycrystalline form)。大部分组成活性层的有机半导体材料是无定形态或者多晶形态的，存在着巨大的缺陷，具体分别表现为∶在无定形态的给体和受体叠层获得的平面异质结(planar Heterojunction)和给体和受体形成三维互穿网络的本体异质结(bulk Heterojunction)中，存在分子有序堆积度低、无法直接克服激子分离距离短的问题(H.Li,C.Fan,and W.Fu,AngewandteChemie InternationalEdition,54,956(2015))；多晶型的异质结虽然提升了一定程度的有序度，但是其杂乱的取向众多的晶界不仅对相应的电子器件的本征物理性质探究造成阻碍，还严重降低了界面电荷的传输性能。

有机单晶薄膜(organicsingle-crystallinethinfilm)由有机单晶(organicsingle crystals)构成，有机单晶薄膜是有机半导体器件最理想的活性层材料，具体表现为∶构成有机单晶薄膜的有机单晶拥有本征缺陷少、无晶界、分子排列呈现长程有序的优点，在光电学领域表现出了优异的性能，特别是高迁移率，目前基于有机单晶薄膜制备的场效应晶体管的电子和空穴迁移率都已经超过了10cm²V^-1s^-1(V.Podzorov,E.Menard,and A.Borissov,Physical Review Letter 93,086602(2004)；H.Li,B.C.K Tee,andJ.J.Cha,Journal of the American Chemical Society,134,5(2012))。此外，有机单晶薄膜具有规整的形状，有利于表征和器件制备。