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小强强读封面–Advanced Materials特辑(一)

Advanced Materials 封面(一):利用多重图案化电浆纳米结构提高有机光电子器件性能

Plasmonic Nanostructures: Boosting the Performance of Organic Optoelectronic Devices Using Multiple-Patterned Plasmonic Nanostructures

Yoon Ho Lee, Tae Kyung Lee, Inho Song, Hojeong Yu, Jiwon Lee, Hyunhyub Ko, Sang Kyu Kwak and Joon Hak Oh

First published: DOI: 10.1002/adma.201506479

封面1

封面图片来自Advanced Materials

【封面简介】

K. Kwak, J. H. Oh和合作者利用嵌段共聚物光刻和纳米压印光刻相结合生产多重图案纳米结构。这些结构被用作back-reflector后反射器,以增强有机光电子器件(包括有机光伏打和有机光电晶体管)的光吸收。多重图案电极极大提高了这些器件的性能,这得益于高效的光散射和电浆效应。

 

【研究简介】

有机光电子器件,比如有机光伏打(OPVs)和有机光电晶体管(OPTs),因其可用于下一代光电子器件(OEDs)而受到广泛关注,这得益于其低耗、质轻、具有机械弹性等优点。近些年来尽管这些器件取得了快速的进展,但是要想满足商业化的要求,其性能仍需提升。

 

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在OPVs中,由于光吸收波长和电荷运输尺度的差异,致使重组损耗、串联电阻更高、填充因子更低。因此,让器件的活性层厚度低于光吸收波长就显得尤为重要。除了光活性层,电浆纳米结构也被引入光电子器件以使其光捕获更有效。电浆纳米结构可用来增强光吸收,得益于以下三种机理:利用表面等离子体激元的光捕获;光散射;利用局域表面等离子体振子的光能集中度。

 

02

通常来说,传统的等离子体OEDs只用一种电浆结构。对于等离子体OEDs来说,一个巨大的挑战是,如何通过一种非常有效的方法把多种电浆结构结合到同一个器件中。最近,有人尝试用双-电浆结构来增加光吸收,具体来说,把Cu纳米粒子嵌入活性层,用Ag纳米光栅电极作为背反射器。但是事与愿违,fano共振,一种产生非对称线形的共振散射,使散射光束和非散射光束间发生相消干涉,最终导致反射,而非增强。讽刺的是,只用一个电浆结构的话,是增强的;用了双电浆结构,反而导致反射。

理论分析预测规避这个问题的一个有效方法是利用几何外形,使粒子被安置在OED的后电极上。因此,融合不同的电浆结构到一个单层后反应器,以产生多种电浆效应来提高入射光的吸收,将会是很有前景的方向。

03

 

本文中,作者介绍了一种由多种纳米尺度柱子和波纹光栅团制备多重图案电浆纳米结构的新方法,该方法结合了块状共聚物光刻技术与纳米压印技术。利用这些多图案电极制备的OPVs和OPTs,作为单层的后反射器,与那些用非图案平电极制备的器件相比,其性能得到极大提升,这得益于光散射和电浆效应。特别地,一个电浆-纳米结构的栅电极被首次用来增强OPTs的性能。OPVs的能量转化效率从7.75%提升到9.63%,OPTs的外量子效率从228%提升到2187%。此外,作者进行了理论分析和扫描近场光学显微镜(SNOM来证实这些器件多图案电极的电浆效应。种种结果表明,将这些多图案电极引入OEDs,以通过增加光吸收来提升这些器件的性能,这种方法很有前途。

04

图片引自论文

 

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