吡啶-四硫富瓦烯衍生物基半导体的合成与光电性质研究

作     者：李春蕾 

作者单位：福建师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王明盛

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：四硫富瓦烯 电荷转移复合物 半导体 电荷分离 光致变色 热致变色 

摘      要：多频谱光电半导体是一类可以把多个频段的光信号转化为电信号的材料,在光电探测、太阳能转化、催化等方面有着重要应用。目前能满足全太阳光谱区（约295–2500 nm）应用的光电设备主要由Si（约300-1100 nm）和In Ga As（约900-3000nm）等半导体支持,仍然缺乏跨越全波段的成熟商用产品,导致对应系统存在结构复杂、制造成本高、维护难等问题。一些新兴半导体具有很宽的光电响应范围,但仍然存在诸多不足,比如当前热门的钙钛矿材料具有1300 nm吸收范围,但仍无法覆盖全太阳光谱,且稳定性还有待提高;石墨烯半导体能够覆盖全太阳光谱,但吸收系数很低（单层小于3%）、暗电流大。因此,发展能够拓宽光电响应波段的材料设计策略,探索综合性能优良的多频谱光电半导体,仍然具有重要意义。四硫富瓦烯及其衍生物是构筑经典电荷转移复合物半导体的一类化合物。本论文以吡啶-四硫富瓦烯衍生物基半导体化合物为研究对象,重点发展能够拓宽光电响应波段的材料设计策略,取得了如下两个主要发现点:1)首次发现Py-TTF-Py(CHNS)化合物在光诱导下能进一步发生电荷分离,产生变色现象,提高了自由基浓度,并且显著增强全太阳光谱的吸收强度,但红外区吸收弱问题仍有待解决。2)针对红外区吸收弱问题,通过把四硫富瓦烯衍生物改造成紫精离子结构,合成了两个卤化铅半导体（Dt V）PbI和（Dt Q）PbI,发现了热诱导电荷分离和变色现象,显著增强了红外区的吸收。代表性地,化合物（Dt V）PbI热诱导变色后电导率提高了约86倍,吸收谱拓宽了1800 nm,达到了2500 nm,实现了太阳光谱的全覆盖、高吸收。这些新型半导体比卤化铅钙钛矿具有更大的光电响应范围。本论文的研究不仅发现了新现象,也为拓宽半导体的光电响应范围提供了新策略。