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酞菁铜(CuPc)具有较高的载流子迁移率,对600~700nm的可见光吸收较强,能与太阳光谱相匹配,因此CuPc已成为有机发光器件和有机太阳能电池光电转换的常用有机半导体材料。然而,CuPc薄膜的质量直接影响着在节能和可再生能源利用方面有着巨大优势的有机发光器件和有机太阳能电池的光电转换效率,所以研究CuPc薄膜在不同条件下的生长和成膜质量尤为重要。本文采用真空蒸镀方法在蓝宝石和ITO玻璃衬底上,以0.1(A)/s、1(A)/s、5(A)/s三种不同的速率生长10nm、50 nm、100nm、150nm不同厚度的CuPc薄膜,并采用原子力显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、偏光显微镜和紫外-可见分光光度计等多种分析测试手段,对CuPc薄膜及其退火前后的表面形貌和结构性能进行表征,得到以下研究结果:
(1)在室温下采用真空蒸镀法制备CuPc薄膜,沉积速率分别为0.1(A)/s、1(A)/s、5(A)/s时,CuPc薄膜的生长模式为三维岛状生长模式。
(2)实验制备的CuPc薄膜中的颗粒尺寸受衬底的影响较小,受沉积速率和厚度的影响较大,并随着沉积速率的增大而减小,而随着薄膜厚度的增加而增大。
(3) CuPc薄膜的粗糙程度在厚度较薄时受衬底的影响较大,在薄膜较厚时受衬底的影响较小,而受沉积速率和薄膜厚度的影响较大,并随着沉积速率和薄膜厚度的增加而增大。
(4)随着退火温度的升高,其CuPc颗粒变大,结构紧密,薄膜变得平整,当退火温度为175℃时,薄膜变得粗糙;在200℃退火时,组成薄膜的CuPc分子团簇已经由椭球状转变成直立的方柱状。随着温度的升高,方柱状的CuPc分子团簇变得更高更粗,薄膜表面变得更粗糙,但其结构在220℃以下为α-CuPc晶型。
(5)在蓝宝石衬底上,以0.1(A)/s、1(A)/s、5(A)/s三种不同的速率生长的CuPc薄膜分别经250~255℃、220~225℃、235~240℃退火后发生相变,此时CuPc薄膜由原来的亚稳态α-CuPc晶型结构转变为稳定的β-CuPc晶型结构。CuPc薄膜的相变温度跟膜厚没有关系,而随着沉积速率的变化而改变。