基于芴基π桥和三苯胺供体的D-π-D型有机半导体光二极管特性研究

本研究针对有机半导体材料在光电器件中的应用瓶颈，设计合成了一种以三苯胺(TPA)为供体、芴基为π桥的D-π-D型有机半导体TPA2，并构建Au/TPA2/p-Si/Al光二极管。通过I-V测试揭示了材料在0-100 mW/cm2 光强下优异的整流特性（RR=196.2-42.4）与光电参数（Φb =0.81-0.66 eV），SEM/AFM证实薄膜质量良好，为新型光电器件开发提供了重要参考。

　　

在光电材料领域，传统无机半导体面临制备成本高、工艺复杂等挑战，而有机半导体因其可调控的能带结构和溶液加工性崭露头角。其中，D-π-D（供体-π桥-供体）结构分子因其通过π桥增强电荷转移的特性备受关注，但如何平衡材料的光吸收、载流子迁移率与器件稳定性仍是核心难题。尤其当涉及光二极管应用时，界面材料的能级匹配与薄膜形貌控制直接影响器件性能。

为解决上述问题，Hakkari大学的研究团队设计合成了一种新型D-π-D分子TPA2——以三苯胺(TPA)为电子供体、芴基为π桥的对称结构化合物，并系统研究了其作为界面层在Au/TPA2/p-Si/Al光二极管中的性能。该成果发表于《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》，揭示了有机半导体在光电转换领域的巨大潜力。

关键技术方法
研究采用Suzuki偶联反应合成目标分子，通过核磁共振(NMR)和质谱(MS)确认结构；旋涂法制备TPA2/p-Si薄膜，利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征形貌；构建Au/TPA2/p-Si/Al器件后，通过电流-电压(I-V)测试分析不同光强(0-100 mW/cm²
)下的电学参数，结合紫外-可见(UV-Vis)光谱评估光吸收特性。

研究结果

合成与表征
通过三步反应高效制备TPA2，芴基骨架的刚性平面结构有效增强了π共轭，而TPA单元赋予材料优异的空穴传输能力。核磁氢谱显示δ 7.6-7.8 ppm处芴基质子特征峰，证实分子结构正确。

薄膜与器件性能
SEM显示TPA2/p-Si薄膜表面均匀无裂纹，AFM粗糙度仅1.2 nm，表明适合器件集成。UV-Vis吸收峰位于380 nm，对应π-π*跃迁，光学带隙计算为2.8 eV。I-V曲线显示典型整流行为，在100 mW/cm²
光强下，光电流(I_ph
)达10^-4
A量级，较暗电流提升3个数量级。

电学参数分析
随光强增加，势垒高度(Φ_b
)从0.81 eV降至0.66 eV，理想因子(n)从1.41升至2.14，反映载流子复合机制变化。串联电阻(R_s
)在171-1487 Ω范围内可调，整流比(RR)最高达196.2，优于多数同类有机光二极管。

结论与意义
该研究证实TPA2能有效调控p-Si界面能级，其D-π-D结构通过分子轨道重叠显著提升电荷分离效率。光强依赖性参数表明材料具有宽动态响应范围，器件性能稳定可重复。这项工作不仅为有机光二极管设计提供了新型分子模板，更展示了芴基/TPA组合在柔性光电器件中的应用前景，对开发低成本、高性能光电传感器具有重要意义。