不同电子传输层的蓝光有机电致发光器件的性能研究

自从Tang等^[1]首次报道多层有机电致发光器件（OLED）以来,其在亮度和效率上有了质的飞跃,表明器件的结构对提高发光亮度和发光效率起着至关重要的作用,单层器件虽然具有制作简单的优点,但却存在明显缺点：（1）复合发光区靠近金属电极,该处缺陷很多,非辐射复合几率大,导致器件效率降低;（2）由于两种载流子注入不平衡,载流子的复合几率较低,因而影响器件的发光效率,要使发光层中具有高的载流子辐射复合效率,两种载流子的注入及传输能力应相当,否则传输快的一方就会直接穿过发光层到达对电极被猝灭,平衡电子和空穴的注入与传输可通过在电极和发光层之间加入载流子输运层或限制层制作多层器件的途径来实现,基于上述考虑,我们以PPCP为发光层（PPCP是一种荧光效率较高的蓝光材料^[2-4],对其进行深入研究尚未见有文献报道＿,设计了4种不同电子传输层（ETL)的三层 结构的OLED,为研究电子传输层对器件性能的影响,我们还制备了不含电子传输层的双层器件,结果表明,通过选择合适的ETL,OLED的发光亮度及发光效率会有很大程度的改善。     

以碱金属盐为阴极界面层的有机光电器件的制备及性能

以碱金属盐Li F,Na F,Cs F和Cs2CO3作为阴极界面材料,制备了高效率有机小分子电致发光二极管(SMOLEDs)、聚合物电致发光二极管(PLEDs)及聚合物太阳能电池(PSCs).在SMOLEDs和PLEDs中,Cs F作为阴极界面层的器件流明效率和功率效率最高.在以聚对苯乙烯撑(P-PPV)为发光层的PLEDs中,Cs F作为阴极界面层的器件最大流明效率可达17.85 cd/A,比Li F作为阴极界面层的器件流明效率提高近300%.在以聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)为活性层的PSCs中,当Li F为阴极界面层时,器件功率转换效率(PCE)可达4.12%.而以Na F,Cs2CO3和Cs F为阴极界面层时,PCE分别为3.72%,3.55%和3.2%.这是因为从上述碱金属盐中分解出来的碱金属原子扩散进入器件的有机层并对有机层进行了n型掺杂,影响了器件的电流密度和效率.     

稀土铽配合物TbY(m-MBA)6(phen)2·2H2O的有机电致发光

合成了两种新型稀土配合物[Tb(m-MBA)3phen]2·2H2O和TbY(m-MBA)6(phen)2·2H2O, 将其掺杂到导电聚合物PVK中用于有机电致发光器件的发光层, 这样改善了配合物的成膜特性和导电性质. 用这种搀杂体系分别制作了单层发光器件和以AlQ为电子传输层的双层器件. 研究了这些单、双层器件的电致发光性能, 对比了以[Tb(m-MBA)3phen]2·2H2O为发光层的双层器件和以TbY(m-MBA)6(phen)2·2H2O为发光层的器件, 发现后者效率更高, 为0.88 cd·A-1, 其最大亮度为123 cd·m-2.     

BBDMS-PPV/ITO界面结构ADXPS研究

聚合物电致发光器件（Polymer Electroluminescent Device,PLED)已显示出广阔的应用前景^[1-6]。已往人们比较重视阴极材料的选择及相关金属与有机界面的研究^[7],而有关发光层或空穴传输层与阳极ITO膜之间的界面结构及化学问题则少见报道。事实上,ITO膜与有机层之间的作用对器件的可靠性及寿命具有更为严重的影响^[8,9]。由于异质界面的过渡层结构复杂,以纳米尺度上化学组成是非计量比的,因此对这种极薄的埋藏界面的研究方法还需进一步探索。本文通过模型试样制备和变角X射线光电子谱（ADXPS）技术,对PLED中共轭导电聚合物聚2,5－二（二甲基正丁基硅基）对苯乙烯撑（BBDMS－PPV）与阳极ITO膜所形成的界面结构进行了初步研究。     

有机电致发光器件中载流子传输与复合的调控

在典型的多异质结器件ITO/NPB/CBP：Ir（ppy）3/Bphen/Alq3/LiF/Al的基础上,利用有机半导体掺杂技术,设计制备了单异质结-单发光层器件、单异质结-p-i-n结构器件、单异质结-双发光层器件及无异质结-混合主体结构器件,并对其光电性能进行了研究和比较.其中,单异质结-p-i-n结构器件的最大功率效率为32.1lm/W,是参考器件的3.1倍,寿命是参考器件的15倍.无异质结-混合主体结构器件的最大功率效率为37.2lm/W,是参考器件的3.5倍,其寿命是参考器件的46倍.研究结果表明,通过对载流子传输层和发光层的优化设计,构建电子、空穴传输平衡的载流子传输层和发光层,减少或取消异质结界面仍可以实现对载流子传输和复合的有效调控,从而使器件的发光效率和寿命同时得到提高.本研究将为高性能OLED的设计提供实验基础.     

新型1,3,4-噁二唑衍生物的能带结构及其对器件性能的影响

利用紫外-可见吸收光谱和电化学方法表征了三个系列新型的1,3,4-噁二唑类化合物的能级结构.设计并制备了以噁二唑衍生物与MEH-PPV的共混物作为发光层的电致发光器件(LED),比较了不同结构噁二唑引入发光层后对器件性能的影响.研究结果表明,以共混物为发光层的LED,其最大亮度可达到11810cd/m2(8.5V),最大流明效率为1.1cd/A.与纯MEH-PPV单层发光器件相比,最大亮度提高了约40倍.结果表明,噁二唑类衍生物具有优良的电子传输特性,将其引入发光层能有效地提高LED的性能.     

柔性电子学中的表界面化学

柔性电子作为新兴的研究热点, 涉及材料、 化学、 物理等多个基础学科的交叉, 以及在生物医用、 可穿戴设备及人工智能等多个领域的应用. 柔性电子设备的制造加工过程中会用到弹性基底、 导电层、 功能层等多种性质各异的材料, 其互相之间的整合受到它们表面性质和界面结合力的限制; 器件的功能、 可靠性、 对环境的敏感性等也受到了器件表界面性质的影响; 因此, 对材料和器件表界面的处理在柔性电子学中具有重要作用. 本文对柔性电子学中常用的表界面化学过程分为3大类进行介绍: 表面电化学过程, 基于特定化合物反应产生的电流制备电化学传感器, 利用电流/电压控制表面负载化合物; 表面修饰, 通过表面改性提高材料的加工性能, 共价修饰分子层或其它材料赋予器件特殊功能性质或保护层; 不同材料之间的界面连接, 通过共价连接或化学反应辅助的物理交联实现不同材料的结合, 提高柔性器件的稳定性, 实现柔性设备的整合. 对各应用进行总结和举例后, 讨论了存在的问题, 并对未来的发展方向及前景进行了展望.     

含电活性界面层有机铁电纳米薄膜的疲劳性能

采用3种类型的电活性界面层材料,如高介电常数材料酞菁铜（CuPc）、电子导体原位合成的聚（乙撑二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT-PSSH）以及离子导体聚乙烯基磷酸（PVPA）和商业的PEDOT-PSSH（BaytronP）,研究了界面层对铁电共聚物薄膜的疲劳特性的影响。研究结果表明,三种类型的电活性界面层材料,包括电子、离子导体和含偶极子的高介电常数材料都能为铁电薄膜提供补偿电荷从而提高器件的铁电疲劳性能。     

有机太阳能电池给受体材料界面的微纳结构调控

有机太阳能电池因具有成本低、质轻、柔韧性好、可大面积印刷制备等优势,引起了人们极大的关注并成为现阶段有机电子学研究的重要热点之一。有机功能层中电子给体和受体界面特性对电池的功率转换效率影响很大,通过给受体界面的微纳结构化,可扩大给受体的接触面积、缩短给体和受体的距离、增强光吸收,能产生更多激子并促进激子有效分离,从而有效提高器件的电池效率。本文综述了纳米压印、自组装、溶剂挥发以及模板法等调控微纳结构的技术和方法,总结了基于微纳结构构建有机光伏器件的发展现状,并对目前微纳结构化方法和光伏应用中存在问题和研究重点做了简要评述,最后展望了该研究领域下一步的发展方向和应用前景。     

荧光材料SrS:Eu,Sm在辐射剂量测量中的应用

采用碳还原法合成了SrS：Eu,Sm,并对光激励发光材料SrS：Eu,Sm的辐射剂量特性进行了研究。将SrS：Eu,Sm材料做成PMMA剂量片在^60Coγ源下接受辐照,然后用自己搭建的在线实时测试系统对剂量片发出的荧光信号进行测量。主要探讨了光激励发光材料SrS：Eu,Sm在辐射剂量测量中的应用。     

聚合物光伏材料与器件研究进展

高效率的聚合物太阳电池依赖于光吸收活性层材料对太阳光能量的充分利用．电极界面材料将光吸收活性层产生的空穴和电子分别快速高效地抽取到阳极和阴极,并通过进一步改进光伏器件的结构提升能量转换效率和稳定性．本课题组在光吸收活性层中新型聚合物给体材料、新型电极界面材料、利用水／醇性电极界面材料制作新型倒装器件结构的太阳电池方面取得重要进展,推动了太阳电池在能量转换效率和稳定性方面的突破．     

ZnS∶Er电致发光中SiO_2与ZnS电子加速能力的比较

在分层优化结构和固态阴极射线发光中,从电极注入的电子经电子加速层加速后获得更高能量成为过热电子,过热电子碰撞激发发光中心引起发光,其中SiO2在提高过热电子的能量方面有非常重要的作用。ZnS作为电子加速层时,也发现了固态阴极射线发光,但其发光的亮度及稳定性都不及SiO2作为电子加速层的器件。通过比较ZnS∶Er在正弦交流电驱动下的正负半周内的亮度变化,得出ZnS与SiO2的电子加速能力的相对大小。实验结果表明:SiO2的电子加速能力是ZnS的2.18倍。     

水/醇溶共轭聚合物界面材料及其在光电器件中的应用

相对于传统的无机半导体器件,以有机半导体(特别是聚合物半导体)材料为基础的有机光电器件,可采用与传统印刷技术(例如喷墨打印、卷对卷印刷等)相结合的溶液加工方式制备低成本、大面积、柔性光电器件,因而成为广泛关注的焦点,并得到了快速发展.实现溶液加工的高效有机光电器件的一个关键问题是界面问题——如何避免溶液加工时有机层间的互溶以及如何实现可印刷稳定金属电极的高效电子注入等.水/醇溶性共轭聚合物的迅速发展为解决溶液加工多层有机光电器件所面临的界面问题提供了有效手段.研究发现,水/醇溶共轭聚合物不但可以有效避免溶液加工多层器件中的界面互溶,而且还可与高功函数的稳定金属发生界面偶极相互作用而增强其电子注入,从而解决了高功函数稳定金属电子注入的难题,为实现全溶液加工的高效印刷有机光电器件提供了可行的方案.本文介绍了近年来本课题组在水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料及器件应用方面的研究进展,并对水/醇溶共轭聚合物阴极界面材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的工作机理进行了探讨.     

水/醇溶聚合物界面材料在聚合物光电器件中的应用及性能研究

系统研究了系列不同共轭与非共轭水/醇溶聚合物作为界面修饰材料在聚合物发光二极管和聚合物太阳电池中的应用及结构性能关系. 研究了界面层厚度, 器件金属电极功函对材料界面修饰性能的影响. 在此基础上, 系统对比研究了共轭与非共轭水/醇溶聚合物界面材料在不同聚合物光电器件中界面修饰性能的差别. 内建电势测试与器件研究结果表明, 在聚合物发光二极管中, 共轭材料表现出明显优于非共轭材料的性能, 特别是在超高功函数的金属金电极器件中, 共轭的水/醇溶聚合物材料依然表现出很好的电子注入/传输性能; 在聚合物太阳电池中, 共轭材料的界面修饰性能也优于非共轭类界面修饰材料.     

ZnS:Er电致发光中SiO2与ZnS电子加速能力的比较

在分层优化结构和固态阴极射线发光中, 从电极注入的电子经电子加速层加速后获得更高能量成为过热电子, 过热电子碰撞激发发光中心引起发光, 其中SiO2 在提高过热电子的能量方面有非常重要的作用. ZnS作为电子加速层时, 也发现了固态阴极射线发光, 但其发光的亮度及稳定性都不及 SiO2作为电子加速层的器件. 通过比较 ZnS：Er在正弦交流电驱动下的正负半周内的亮度变化, 得出ZnS与SiO2的电子加速能力的相对大小. 实验结果表明： SiO2的电子加速能力是ZnS的2.18倍.     

新型1，3，4-嗯二唑衍生物的能带结构及其对器件性能的影响

利用紫外-可见吸收光谱和电化学方法表征了三个系列新型的1，3，4-噁二唑类化合物的能级结构．设计并制备了以噁二唑衍生物与MEH—PPV的共混物作为发光层的电致发光器件（LED），比较了不同结构咏二唑引人发光层后对器件性能的影响．研究结果表明，以共混物为发光层的LED，其最大亮度可达到11810cd／m^2（8．5V），最大流明效率为1．1cd／A．与纯MEH—PPV单层发光器件相比，最大亮度提高了约40倍．结果表明，嘿二唑类衍生物具有优良的电子传输特性，将其引入发光层能有效地提高LED的性能．     

有机半导体的异质结(Hetero-junction)问题

有机异质结在有机电子器件中起到十分重要的作用,它不仅对有机器件中载流子的运动起到控制和调节的作用,而且对器件的基本功能特征,诸如光-电转换,电-光转换器件中某些要害步骤(如电子转移,能量转移等)起到重要的作用.本文扼要地从层间能量关系对有关有机异质结进行分类和讨论,并对异质结的界面能量关系中存在的问题及其进展作了介绍.显然,这将对有关器件设计的思路有所帮助.     

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)。     

一种新结构ZnS∶Tm~(3 )薄膜电致发光器件的研究

采用电子束蒸发法制备了一种新结构 (ITO/SiO2 /ZnS∶TmF3/SiO2 /ZnS∶TmF3/SiO2 /Al)的薄膜电致发光器件 ,并与传统双绝缘层结构的器件相比较。结果表明 ,新结构器件的发光蓝红外比和发光亮度要明显高于双绝缘层结构的器件。分析认为这是由于SiO2 夹层起到了加速电子和提供界面的作用     

多吡啶钌染料和有机染料共染色的钴基敏化太阳电池

具有低费米能级的外球电子媒介体的开发带来了染料敏化太阳电池性能的重大进展.针对这种快复合器件,通过精细的调控二氧化钛表面的染料包覆层结构来有效抑制界面电荷复合是目前该领域的一个重要研究主题.在本文中,利用高吸收系数的多吡啶钌染料与具有三维立体结构的有机给受体染料对二氧化钛薄膜进行共染色.基于邻菲罗啉钴氧化还原电对,相对于纯钌基染料染色的器件,瞬态吸收与瞬态光电压衰减测试表明具有三维立体结构的有机染料的引入不仅提高了电子注入效率,还同时减慢了二氧化钛中的电子与氧化态染料及电解质中的电子受体之间的复合反应速率,使器件开路电压从808 mV提升到883 mV.这种界面光活性层微结构变化诱导的电子注入效率的改善和电荷复合的减慢还过补偿了因薄膜光吸收减弱带来的不利影响,获得了更大的光电流输出,在模拟AM1.5太阳光辐照条件下器件功率转换效率从8.5%提升到10.3%.