钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备及应用

目前,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)的器件效率已经超过25％.电子传输层作为PSC中的重要组成部分在提取和传输光生电子,阻挡空穴,修饰界面,调节界面能级和减少电荷复合等方面起着关键作用.无机n型材料,例如TiO2、ZnO、SnO2和其他金属氧化物材料具有成本低和稳定性好的特点,经常在传统PSC中被用作电子传输...     

氟化吡唑啉蓝色电致发光器件的制备

自从Tang等[1]首次报道了多层有机电致发光器件以来, 人们研究了大量的新型材料[2,3], 其中较吸引人的方法是将高量子产率的荧光染料掺杂于传输层中制备电致发光器件[4～9]. 三芳基吡唑啉化合物具有较高的荧光产率和蓝色发射特性. 这些化合物具有分子内电荷传输性能, 在激发状态下分子可发生扭曲形成电子给体-受体结构[10], 因此在EL器件制备过程中既可以作为载流子传输材料, 又可以作为发光材料来应用. 虽然吡唑啉类化合物在固态下具有空穴传输特性[11], 也有较高的荧光产率, 但它们的玻璃转化转变温度较低, 在制备EL器件时, 如单独作为传输层或发射层时, 该类材料易于结晶, 从而使得器件的性能快速衰减. 如果将它们分散于聚合物等主体中, 就会避免重结晶问题. 我们在三苯基吡唑啉中引入强吸电子基团CF3, 导致分子的刚性增强和荧光强度增加, 熔点升高. 将氟化三苯基吡唑啉(FTPP)作为发光中心制作了两类EL器件, 均获得蓝光发射. FTPP分子结构见图1.     

钙钛矿太阳能电池中小分子空穴传输材料的研究进展

有机-无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)从2009年低于5%的能量转换效率到现在经过认证的超过22%的效率,成为科研热点和最有希望商业化的新型太阳能电池。在高性能的PSCs中,空穴传输材料是关键的一环,起到从钙钛矿活性层材料到对电极有效抽取和传输空穴的作用。本文在现有研究成果的基础上,对有机分子空穴传输材料在PSC中的应用进行总结,并强调分子材料结构对PSC器件性能(效率和稳定性)的影响。     

通过聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸改性实现高性能蓝色钙钛矿发光二极管

金属卤化物钙钛矿材料因其独特的光电特性,在光电器件领域引起了相当大的关注和研究.特别是近年来,绿色和红色钙钛矿发光二极管(PeLEDs)研究取得了显著进展.然而,蓝色PeLEDs的发展落后于绿光和红光PeLEDs,效率也要低得多.其中一个主要原因是空穴传输层与蓝色钙钛矿材料的能级不匹配.在这项研究中,通过使用聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS-Na)和溴化钾(KBr)改性空穴传输层材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS),抑制PEDOT:PSS与钙钛矿材料界面之间的非辐射复合.并通过降低膜的粗糙度来提高钙钛矿膜的质量.结果表明,PSS-Na和KBr有效地提高了空穴传输能力,从而提高了PeLEDs器件的整体性能.通过PSS-Na改性PEDOT:PSS制备的蓝色PeLEDs具有低启亮电压(仅为3.3V)和高外量子效率(EQE)(达到4.12%).随着PEDOT:PSS中进一步加入KBr,蓝色PeLEDs最大EQE达到6.25%,启亮电压降至3 V.此外,与其他蓝光钙钛矿器件相比,该器件在不同电压下也表现出了良好的光谱稳定性.说明通过改性空穴传输层,可以提高钙钛矿发光器...     

分子型有机空穴传输材料和红色发光材料的设计合成、物化性质及在有机电致发光器件中的应用

有机电致发光器件具有直流电压驱动、主动发光、体积小、无视角限制、响应快,以及色彩全、制作工艺简单等优点,作为新型显示技术而倍受瞩目.在构建有机电致发光器件的三大材料中 (空穴传输材料、电子传输材料和发光材料),空穴传输材料的玻璃化温度(Tg)以及红色发光材料的色纯度和发光效率亟待改进.本论文通过对分子进行合适的裁剪与修饰,设计合成了具有良好应用前景的空穴传输材料和红色发光材料,研究了化合物的物化性质与分子结构的关系以及它们在器件上的应用.     

高迁移率聚合物半导体材料最新进展

自20世纪80年代以来,聚合物半导体材料及其薄膜场效应晶体管器件(OFETs)已取得系列突破性进展.目前,已有数百种聚合物半导体材料被成功应用于OFETs中,空穴迁移率值最高已达36.3 cm~2·V~(-1)·s~(-1),可与有机小分子半导体材料甚至可同无定形硅相媲美.综述了近年来国内外高迁移率聚合物半导体的最新进展.分类对比总结和评述了空穴传输型(p-型)、电子传输型(n-型)和双极传输型聚合物半导体材料,并对聚合物半导体材料分子设计思路、薄膜OFETs器件制备及其性能参数进行了重点阐述.同时,总结了聚合物半导体材料的分子结构、聚集态结构与OFETs器件性能之间的内在关系,为今后设计与合成综合性能优异的聚合物半导体材料提供一定理论指导.     

含稀土铕络合物的三元共聚物的光电性质

合成了可平衡电荷(空穴与电子)传输的三功能合一的稀土铕发光材料,将几种稀土铕络合物单体与乙烯基咔唑、甲基丙烯酸甲酯共聚制得含咔唑和稀土铕络合物的空穴传输层发光层电子传输层(HTLEMLETL)三功能合一的聚合物,并研究它们的电化学及电致发光性能.电化学分析表明这类三元共聚物兼有氧化性和还原性,氧化电位及还原电位分别为0.75V和-1.8V左右,可见这类材料同时具有空穴传输和电子传输功能.从测定的电致发光谱看,AlQ3、TPD及咔唑基等发光单元在器件中没有共发光,而是起电荷传输作用,以这些材料制作的电致发光器件所发的红光纯度都比较高.     

高效溶液法制备延迟荧光电致发光器件研究

本文以2-[对-N,N-二苯基氨基-苯基]-S-二氧硫杂蒽酮(TXO-TPA)为发光材料, 4,4',4"-三(9-咔唑基)三苯胺(TCTA) 为主体材料, 通过溶液法与真空蒸镀相结合的工艺,制备了高效延迟荧光型电致发光器件。为了考察不同电子传输材料对器件性能的影响,分别选取TmPyPB、TPBI、BCP、Alq₃作为电子传输层制备器件,并对器件的性能进行系统的研究。结果表明:由于1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯(TPBI)具有合适的HOMO/LUMO能级、高的电子迁移率以及高的三重态能级,利于电子的传输和激子的阻挡,以其为电子传输层的器件显示出最佳的性能,器件的开启电压低至3.6 V,电流效率达到16.2 cd/A,最大的EQE达到5.97%。     

四(8-羟基喹啉)硼锂作为电子注入层的高效有机发光二极管

采用四(8-羟基喹啉)硼锂(LiBq4)代替LiF 作为电子注入材料, 以金属铝作为阴极, 制备了有机电致发光器件. 器件采用N,N'-(α-萘基)-N,N'-苯基联苯二胺(NPB)作为空穴传输层, 三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)作为电子传输层和发光层. 采用LiBq4作为电子注入层, 实验结果表明, 器件的亮度、电流效率和起亮电压等性能均有改善, 超过了采用LiF作为电子注入层的器件.器件性能的提升可以用电子注入增强和电荷平衡来解释.     

基于激子和电致激基复合物双重发光的白光OLED

基于四苯基乙烯衍生物设计合成了两种蓝光材料TPE-4Br和TPE-3Br,并将其作为有机发光二极管(OLED)器件的发光层,研究发现其可与合适的邻层(空穴传输层/电子传输层)形成电致激基复合物。利用材料的本征激子发光及其电致激基复合物发光,可以得到理想的白光电致发光。将TPE-4Br和TPE-3Br掺杂于mCP中作为发光层,以TAPC和TmPyPB分别作为空穴传输层和电子传输层分别制备器件A和器件B,所得器件在操作电压为9 V时的色坐标分别为(0.32,0.33)和(0.31,0.34)。其中器件B的最大亮度和最大电流效率分别为364.66 cd?m~(-2)与0.79 cd?A~(-1)。     

螺芳基钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究进展

近10年, 第三代光电能源转换技术钙钛矿太阳能电池(PSCs)正迅速崛起. 基于有机-无机杂化钙钛矿材料的本征半导体特性以及PSCs平面多层器件架构特点, 采用有机小分子空穴传输材料(HTMs)作为PSCs的p-型层, 不仅实现了PSCs器件的全固态化, 且大幅提升了器件效率及稳定性. 以当前通用的标准空穴传输材料spiro-OMeTAD (2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-螺二芴)为模板, 研究人员开展了众多结构剖析和改进工作. 分子spiro-OMeTAD中, 三维螺二芴(SBF)核能以较小的空间集成更多的空穴传输单元; 而芳胺优异的p-型特性, 使其成为高效的电活性单元. 经典螺芳核SBF制备成本高, 可修饰位置单一; 因此, 基于spiro-OMeTAD的结构改进主要围绕芳胺单元的修饰开展. 随着HTMs分子设计以及合成方法学的进展, 近5年来, 一系列低成本、高性能的类SBF螺芳基单元逐渐兴起, 并迅速进入空穴传输材料领域, 如: 螺[芴-9,9′-氧杂蒽]、螺吖啶、螺硫杂蒽等. 螺芳基核结构的日益丰富, 大大拓展了HTMs分子的设计空间, 从而推动了PSCs效率和稳定性的不断提升. 因此, 本综述聚焦含螺芳烃骨架的HTMs分子, 根据其器件性能表现, 分析高性能材料的结构要素. 按照螺芳烃核结构对高性能HTMs进行分类归纳, 总结了结构设计思路和构效关系. 期望通过较为全面的评述, 为HTMs分子构建提供可参考的策略, 从而推动PSCs继续向高效率、长寿命的实用化方向发展.     

有机太阳能电池空穴传输材料研究进展

有机太阳能电池(OSCs)是一种使用有机半导体作为光活性层材料的太阳能电池。其中空穴传输层对OSCs的载流子输运、能级调节、优化光活性层形貌等方面起到了显著提升的作用，因此开发和研究空穴传输材料具有重要意义。详细综述了近几年OSCs中聚合物及金属化合物空穴传输材料的研究进展，其中对聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)、MoO₃、WS₂等传输材料的修饰和改善进行了重点讨论，并归纳了其提升器件光电转换效率(PCE)和稳定性的原因。为进一步选择和设计空穴传输层以此提升OSCs的性能提供了参考。     

中位四(1-苯基吡唑-4-基)卟啉掺杂空穴传输材料的红色有机电致发光器件(英文)

使用中位-四(1-苯基吡唑-4-基)卟啉(TPPyPH2)掺杂空穴传输材料N,N′-二苯基-N,N′-双(4-甲苯基)-1,1′-二苯基-4,4′-二胺(TPD)制备了红色有机电致发光器件.因为TPD的发射光谱与TPPyPH2的吸收光谱具有更大的光谱重叠,为了得到更为有效的从主体材料TPD向红光染料TPPyPH2的能量传递,我们使用TPD代替传统的8-羟基喹啉铝(Alq3)作为主体发光材料.器件在680nm处具有纯的红光发射峰;通过使用Alq3电子传输层以及使用Alq3共掺杂发光层的方法,使器件的发光性能得到了改善,结构为ITO/Alq3+TPPyPH2+TPD(50nm)/Alq3(30nm)/Al的器件的最大发光亮度为177cd/m2.     

含咔唑、噁二唑及8-羟基喹啉的金属络合物型发光材料

为了得到发光性能优良的有机薄膜发光器件,在有机发光材料化合物的分子结构及器件构筑方面,一个重要的途径是在发光化合物的分子设计或器件的组合中,要既具有空穴传输功能团,又具有电子注入功能团,并使两者的传输效率应尽量达到一个恰当的平衡[1].为此,我们设计并合成了分子中含有发光强度高、稳定性好、载流子传输效率高8-羟基喹啉铝金属配合物型发光单元,并分别与空穴传输功基咔唑环及电子注入基噁二唑环相联的两种化合物[2],对它们的光发射性能进行了初步研究.由它们构成多层结构的发光器件,是下一步的研究工作,合成路线如下:     

吡唑啉衍生物作为空穴传输层在电致发光材料中的应用

我们曾报道过有关1,3二苯基吡唑啉衍生物的光谱和光物理行为^[1,2],并详细地研究了它们在受激发后的辐射和非辐射衰变过程.该类化合物作为一种良好的光致发光材料,由于存在着分子内共轭的电荷转移结构,因此表现出较强的光诱导分子极化能力,可用作为有机非线性光学材料^[3]、光折变材料等.此外,还发现该类化合物在组合型光导器件中可用作空穴传输层材料.既然这类化合物兼具光致发光和空穴传输功能,很自然的会考虑到,它是否也能用作为一种有机的电致发光(EL)材料.有机电致发光材料的重要性自不待言,特别近年来许多科学家致力于此,因此进展很快.但寻找新的高效材料,不论是用作主要的发光层或其它的辅助性化合物,仍在继续.本简报即是对上述化合物用作EL材料的初步研究.     

有机空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中的应用

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)由于其诸多优点得到广泛关注,而有机固态空穴传输材料(HTMs)代替液体电解质使其得到飞速的发展,提升了电池的效率和稳定性,已经成为PSCs的重要组成部分。目前应用于PSCs的空穴传输材料分为有机空穴传输材料和无机空穴传输材料两大类。无机空穴传输材料的可选择范围较窄,对应器件的光电转换效率相对较低。开发各类能级匹配、空穴迁移率高的有机空穴传输材料是提高器件效率和稳定性的有效手段,成为相关领域的研究热点。本文依据相对分子质量的大小,将应用于PSCs中的有机空穴传输材料分为小分子类和聚合物类空穴传输材料,详细评述了有机空穴传输材料分子结构对PSCs光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响,并对其能级、空穴迁移率的高低、添加剂的使用等进行了讨论。最后详细论述了有机空穴传输材料未来的研究重点和发展趋势。     

含空穴传输和电子注入基的发光化合物的制备

对电致发光材料及器件(ELDs)发光性能的优化,一个重要的途径是在材料的组合中,要既具有空穴传输功能团,又具有电子注入功能团,并使两者的传输效率应尽量达到一个恰当的平衡,提高载流子传输中空穴与电子的复合几率,降低驱动电压,提高激子的发生几率,并对发光材料的发光区域进行控制[1].为此,在电致发光材料的分子设计及合成上,常需提供分子中含有空穴传输功能基团和分子中含有电子注入功能基团的有机分子,作为构筑电致发光器件的材料化合物,或将这两种功能团纳入到一个有机分子或高分子中.     

蒽类衍生物的电荷传输性质

以具有较高迁移率的对称取代类蒽的衍生物{2,6-二[2-(4-戊基苯基)乙烯基]蒽,DPPVAnt;2,6-二-噻吩蒽,DTAnt;2,6-二[2-己基噻吩]蒽,DHTAnt}为研究对象,采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)的基组水平上研究了三种蒽类衍生物的分子结构、电子结构、重组能和电荷传输积分,采用Einstein关系式计算了室温下的载流子迁移率,并与蒽的相关计算结果进行了比较.DPPVAnt是较好的空穴传输材料,其空穴迁移率为0.49cm2·V-1·s-1;DHTAnt有利于电子传输,其电子迁移率为0.12cm2·V-1·s-1;而DTAnt是一种较好的双极性材料,其空穴迁移率和电子迁移率分别为0.069和0.060cm2·V-1·s-1.计算得到的迁移率与实验结果处于同一数量级.三种蒽类衍生物的电子重组能与蒽的相近,而空穴重组能均大于蒽的空穴重组能,大小顺序为蒽DPPVAntDTAntDHTAnt.这与计算的迁移率结果不一致,说明分子的堆积结构决定材料的电荷传输性质.     

酰胺与酰亚胺类n型有机半导体材料的研究进展

有机半导体材料具有来源丰富、化学结构可裁剪、柔韧性较高、器件制备温度低和塑料衬底兼容性好等优点, 极大地拓展了电子器件的功能与应用. 然而, 电子传输型(n型)有机半导体在分子多样性、载流子迁移率和空气稳定性方面远远落后于空穴传输型(p型)半导体, 从而阻碍了双极晶体管、p-n结和有机互补电路的发展. 酰胺或酰亚胺功能化能显著提高有机材料的电子亲和势, 是构建高性能n型有机半导体的重要策略. 本综述总结了近年来萘二酰亚胺类、苝二酰亚胺类、吡咯并吡咯二酮类、异靛蓝类和其他酰胺/酰亚胺类小分子和聚合物n型有机半导体材料的研究进展, 从分子设计角度出发, 深入讨论了分子结构如何改变分子前线轨道能级、分子间相互作用力、聚集态结构、器件稳定性和电学性能, 最后对其未来的发展方向和面临的挑战进行了展望.     

具有电子传输特性的Be金属配合物作为磷光主体材料的电致发光性能

采用具有优良电子传输特性的铍金属配合物二合铍(Ⅱ)(Bempp)作为磷光客体材料二(2-苯基吡啶)(N,N'-二异丙基苯甲脒)合铱(Ⅲ)(PPP)的主体材料制备磷光电致发光器件. 与经典的空穴传输型主体材料4,4'-二(N-咔唑)联苯(CBP)相比, Bempp更有利于空穴、 电子的注入及传输的平衡, 与PPP间存在更高效的能量转移. 该器件的各项性能指标, 包括最大效率和流明效率(63.1 cd/A和54.0 lm/W), 均明显高于采用CBP作为主体材料的磷光器件.