有機-無機複合光電材料是一類結合了有機、無機組分各自優勢的具有光電功能的複合半導體材料。該類材料不僅具備了無機半導體材料的高光電特性，能夠實現高效、靈敏的光電轉換，在能源、顯示與照明、傳感等領域具有廣泛的應用前景，而且綜合了有機材料質輕、柔性的特徵，並可採用低溫溶液方法實現薄膜器件的大面積與圖案化製備，能夠滿足信息社會不斷提高的對便攜、可穿戴電子產品的需求，且具有易製備和低成本的潛在優勢。
圖1 有機-無機複合光電材料特徵與應用
有機和無機組分在化學結構、晶體結構、電子結構上的嚴重失配，給高性能有機-無機複合光電材料的製備帶來了極大的挑戰。如何在複合材料中構建有序的複合微納結構是發揮有機材料與無機材料兩者之間的協同效應、提升光電功能的關鍵所在。隨著納米科學技術的飛速發展，聚合物-無機納米晶複合光電材料的研究推動了有機-無機複合光電材料的蓬勃發展。關於不同形狀的無機納米晶的可控制備，能級匹配的聚合物-無機納米晶複合光電材料的設計，表面/界面化學修飾以改善組分相容性等一系列研究成果，逐步揭示了高性能有機-無機複合光電材料的結構-性能關係，大大豐富了人們對複合半導體材料相結構、界面結構、缺陷結構的認識，並獲得了眾多行之有效的製備與調控手段。
有機-無機複合光電材料的研究，經歷了從無序到有序，從組分間的簡單共混到注重組分間聚集態結構和電子結構相容性的聚合物-無機納米晶複合，再到有機、無機組分分子內複合的發展歷程。有序複合一直是公認的有機-無機複合光電材料實現高性能化的必由之路。二十世紀末有機-無機複合鈣鈦礦材料的出現，以及近年來對該類材料認識的不斷深入，掀起了有機-無機複合光電材料發展的新高潮。該類材料以其光吸收係數大、載流子遷移率高、激子擴散距離長等特點，生動展現了有序複合產生的巨大優勢，引發了科學家對有機-無機複合半導體材料的全新認識。
圖2 有機-無機複合鈣鈦礦結構特徵
《有機-無機複合光電材料及其應用》編著者從二十世紀八十年代末開始有機-有機半導體材料複合的研究工作，發現了一系列新現象和新效應，並首次提出了“有機複合半導體材料”的新概念。隨後，在此基礎上，又將其中的一個組分從有機組分拓展為無機組分，擬實現有機半導體與無機半導體兩者的優勢互補，開展了有機-無機複合光電材料的研究。經過一系列開拓性的嘗試，建立了有機-無機有序複合半導體材料的系列製備新技術和界面修飾新策略，為複合光電材料構築了有利於載流子產生、傳輸和收集的聚集態結構和電子結構；觀察到了有機-無機複合材料的光電性能呈現協同增強和協同互補的協同創新效應；發現了複合半導體材料的“光伏極性反轉”新現象；實現了對複合材料的結構、帶隙和光電特性的有效調控。這些結果進一步證明了“複合半導體”這一新概念的科學性，並豐富了其內涵和適用範圍。於此同時，國際上眾多科學家也開展了大量的有機-無機複合光電材料的研究工作。在全世界科學家的共同努力下，有機-無機複合光電材料已經發展成為世界範圍內的研究前沿和熱點，相關研究也獲得重要的進展和大量突破性的成果。
在此，編著者將這些進展與成果系統整理，並穿插介紹了編著者的研究結果和心得體會。《有機-無機複合光電材料及其應用》一書共六章：
第一章簡要介紹有機-無機複合光電材料的發展歷程和基本概念。
第二章從聚合物-無機納米晶複合太陽電池的原理出發，就聚合物給體材料的選擇、無機納米晶可控制備、表/界面修飾以及複合薄膜形貌控制等方面，詳述聚合物-無機納米晶複合光電材料結構與太陽電池器件性能間的關係。
第三章主要介紹三維鈣鈦礦材料及其在太陽電池中的應用，圍繞三維結構有機-無機複合鈣鈦礦材料的結構特徵及其調控方法、電池器件結構與工作原理，介紹高效率鈣鈦礦太陽電池的設計與製備方法，並概述鈣鈦礦太陽電池穩定性、鈣鈦礦疊層太陽電池以及非鉛鈣鈦礦太陽電池的研究進展。
第四章總結二維-準二維鈣鈦礦材料的化學結構、晶體結構和薄膜形貌特徵和調控方法，及其對太陽電池效率的影響。
第五章針對有機-無機複合鈣鈦礦量子點發光材料與器件，從鈣鈦礦量子點的製備入手，闡述發光器件的結構、工作原理以及優化方式，並從量子點鈍化、提高量子點薄膜質量、提高與平衡載流子的注入等方面詳細介紹器件優化方案。
第六章結合信息化社會對光電傳感器的需求，介紹有機-無機複合光電材料（包括有機-無機納米晶複合材料、有機-無機複合鈣鈦礦材料），及其作為光敏層在光敏電阻、光敏晶體管、光敏二極管等光電探測器件中的應用。
本書瞄準前沿，內容豐富，特別難得的是，本書編著者是一批長期活躍在有機-無機複合光電材料領域的中青年學者，能夠在百忙之中系統全面地總結他們的研究經驗並分享給讀者，善莫大焉。希望本書能引起廣大讀者的濃厚興趣，同時能為領域內的研究者提供有益的參考和借鑑，共同促進該領域的發展和進步。
作者簡介
陳紅徵
浙江大學求是特聘教授，博士生導師，國家傑出青年科學基金獲得者。1994年於浙江大學獲博士學位，先後在香港科技大學、比利時安特衛普大學和聯合高校微電子中心（IMEC）、美國斯坦福大學訪問研究，主要從事有機和有機-無機複合光電功能材料與器件的研究。發表SCI收錄論文300餘篇，他引超過9000次，獲授權國家發明專利42件。曾獲中國化學會青年化學獎，入選教育部跨世紀優秀人才培養計劃，獲浙江省三八紅旗手、全國女職工建功立業標兵和浙江省巾幗發明者等榮譽和稱號。兼任美國化學會期刊ACS Applied Polymer Materials副主編等。
段煉
清華大學化學系教授。2003年畢業於清華大學化學系，獲理學博士學位。主要從事有機光電材料及器件相關領域研究，發表論文210餘篇，獲授權國際國內專利100餘件。作為第二完成人, 獲2011年國家技術發明一等獎。2015年獲國家傑出青年科學基金資助。
《有機-無機複合光電材料及其應用》屬於“十三五”國家重點出版物出版規劃項目“光電子科學與技術前沿叢書”（叢書主編：姚建年，褚君浩）。叢書已出版書目：
本文摘編自《有機-無機複合光電材料及其應用》（陳紅徵、段煉等編著，北京：科學出版社）一書，標題為編輯所加。
《有機-無機複合光電材料及其應用》
ISBN 978-7-03-064425-1
責任編輯：張淑曉
本書目錄
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目錄
叢書序 i
前言 iii
第1章 緒論 001
1.1 半導體材料的光電性質 001
1.2 複合半導體概念的提出和協同新效應 002
1.3 有機-無機複合半導體材料 004
參考文獻 006
第2章 聚合物-無機納米晶複合光電材料及其在太陽電池中的應用 007
2.1 聚合物-無機納米晶複合太陽電池簡介 007
2.1.1 複合太陽電池的由來 007
2.1.2 聚合物-無機納米晶複合太陽電池的原理 008
2.1.3 聚合物-無機納米晶複合太陽電池的研究進展 010
2.2 聚合物-無機納米晶複合太陽電池材料 012
2.2.1 聚合物材料 013
2.2.2 無機納米晶材料 014
2.3 聚合物-無機納米晶複合太陽電池器件性能的影響因素 019
2.3.1 聚合物材料 019
2.3.2 納米晶形狀及尺寸 019
2.3.3 薄膜形貌 021
2.3.4 表面與界面 023
2.3.5 器件結構 026
2.4 結論與展望 027
參考文獻 028
第3章 三維鈣鈦礦材料及其在太陽電池中的應用 033
3.1 鈣鈦礦太陽電池簡介 033
3.1.1 鈣鈦礦材料簡介 033
3.1.2 鈣鈦礦材料作為光伏材料的優點 034
3.1.3 鈣鈦礦太陽電池研究進展 035
3.1.4 鈣鈦礦太陽電池的器件結構 036
3.1.5 鈣鈦礦太陽電池的工作原理 038
3.1.6 鈣鈦礦薄膜的製備方法 041
3.2 鈣鈦礦材料及其太陽電池的穩定性 044
3.2.1 水和氧氣對鈣鈦礦太陽電池穩定性的影響 045
3.2.2 溫度對鈣鈦礦太陽電池穩定性的影響 046
3.2.3 溼法制備條件對鈣鈦礦太陽電池穩定性的影響 049
3.2.4 紫外光照對鈣鈦礦太陽電池穩定性的影響 050
3.2.5 結論 051
3.3 鈣鈦礦太陽電池界面調控 052
3.3.1 電子傳輸層 052
3.3.2 空穴傳輸層 062
3.4 鈣鈦礦太陽電池器件工程 066
3.4.1 有機/鈣鈦礦疊層電池 067
3.4.2 硅/鈣鈦礦疊層電池 068
3.4.3 CIGS/鈣鈦礦疊層電池 069
3.4.4 鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池 070
3.5 非鉛鈣鈦礦太陽電池 072
3.5.1 錫基鈣鈦礦太陽電池 072
3.5.2 鍺基鈣鈦礦太陽電池 075
3.5.3 基於ⅡA和ⅠB族金屬的鈣鈦礦太陽電池 075
3.5.4 基於ⅤA和ⅢA族金屬的鈣鈦礦太陽電池 078
3.5.5 非鉛鈣鈦礦太陽電池的不足與展望 079
3.6 結論與展望 080
參考文獻 081
第4章 二維-準二維鈣鈦礦材料及其在太陽電池中的應用 095
4.1 低n值二維鈣鈦礦取向調控 097
4.2 準二維鈣鈦礦材料 101
4.3 二維層狀鈣鈦礦作界面層 103
4.4 新型二維層狀鈣鈦礦作活性層 105
4.5 結論與展望 107
參考文獻 107
第5章 鈣鈦礦量子點發光材料與器件 112
5.1 鈣鈦礦量子點的研究意義 112
5.2 鈣鈦礦量子點的製備 117
5.2.1 原位複合法 118
5.2.2 熱注入法 120
5.2.3 LARP 法 121
5.2.4 研磨/超聲法 125
5.3 鈣鈦礦量子點光致發光器件 127
5.4 鈣鈦礦量子點電致發光器件 129
5.4.1 器件結構及工作原理 129
5.4.2 基於不同鈣鈦礦材料的電致發光器件 130
5.5 鈣鈦礦電致發光器件優化 137
5.5.1 鈣鈦礦量子點的純化 137
5.5.2 鈣鈦礦薄膜質量的改善 142
5.5.3 載流子注入效率的提高 148
5.5.4 載流子注入平衡的優化 148
5.6 鈣鈦礦電致發光器件穩定性問題 151
5.6.1 鈣鈦礦材料的穩定性 151
5.6.2 器件工作穩定性 152
5.7 結論與展望 153
參考文獻 155
第6章 有機-無機複合光電材料及其光電探測器 166
6.1 有機-無機複合光電探測器簡介 166
6.2 有機-納米晶複合光電探測材料與器件 167
6.3 鈣鈦礦光電探測器 175
6.3.1 光導型光電探測器 175
6.3.2 光敏晶體管型光電探測器 180
6.3.3 光敏二極管型光電探測器 183
6.4 結論與展望 189
參考文獻 190
索引 196
新型傳感技術 | 薄膜基熒光傳感研究
聚苯胺的製備和應用丨國家出版基金項目
（本文編輯：王芳）
