激子态和电荷转移态共存的聚合物发光器件中单重态与三重态之间的自旋混合过程

在poly[{9,9-dioctyl-2,7-divinylenefluorenylene)-alto-co-(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene}](PFOPV)发光材料中同时存在激子态和电荷转移态的辐射退激过程.本文制备了基于PFOPV的发光器件,并以发光和电流的磁场效应为手段研究了这2种发光过程的微观差异.实验发现,在室温下,载流子注入平衡器件的磁电致发光表现为负效应,而非平衡器件的磁电致发光表现正效应;低温下,平衡器件的磁电致发光会随着注入电流的增加出现由负到正的转变,但磁电导却始终呈现为负值.磁效应与载流子注入情况、温度和注入电流的这些依赖关系可归结为两发光过程在器件中相互竞争的结果.分析表明两过程磁效应的差异是由超精细相互作用诱导的系间窜越和反系间窜越作用共同引起的.本研究工作证明了电荷转移态对提高荧光有机发光器件的发光效率具有重要的参考价值.     

高效蓝紫光器件的实现: 苯撑与硅芴共聚物同聚硅芴共混

以苯撑与硅芴共聚物(PSiF6-PPP)同聚硅芴(PSiFC6C6)的共混物做发光层, 制备了高效的蓝紫光聚合物发光二极管, 研究了共混比例对器件性能的影响. 发现当PSiF6-PPP与PSiFC6C6的质量比为1︰3时器件性能最优, 在发光亮度为105 cd/m²时, 器件的外量子效率可以达到1.96%, 电致发光光谱的峰值位于397 nm, 半高宽为67 nm. 分析表明, PSiFC6C6向PSiF6-PPP的能量转移以及共混后电子和空穴注入的均衡, 是使器件性能明显提升的主要原因.     

以聚乙烯亚胺作为电子注入层的有机-无机复合发光器件

聚乙烯亚胺(PEIE)能有效地提高有机-无机复合发光器件中氧化锌对发光聚合物特别是具有较低电子亲和势蓝色发光聚合物的电子注入效率,以PEIE作为电子注入层的有机-无机复合发光器件具有与采用低功函数金属阴极的传统结构器件接近的发光效率.有机-无机复合磷光器件的外量子效率为19.1%,为目前该类器件的最高效率.     

MEH-PPV/TiO_2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO2混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究.研究发现,加入TiO2纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流.通过进一步优化MEH-PPV:TiO2纳米管器件的材料混合比例,在500nm,16.7mW/cm2的入射光照射下,器件的短路电流达到了9.27μA/cm2,开路电压达到了1.1V,功率转换效率相应地达到了0.017%,其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

MEH-PPV/TiO2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO₂混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究. 研究发现, 加入TiO₂纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流. 通过进一步优化MEH-PPV:TiO₂纳米管器件的材料混合比例, 在500 nm, 16.7 mW/cm²的入射光照射下, 器件的短路电流达到了9.27 mA/cm², 开路电压达到了1.1 V, 功率转换效率相应地达到了0.017%, 其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

不同分子量MEH-PPV光伏特性比较

将3种不同分子量的MEH-PPV用于制备ITO/PEDOT/MEH-PPV/Ca/Ag聚合物光伏器件. 分析了分子量对器件光伏特性的影响. 研究表明, 大分子量的MEH-PPV可以减少器件的串联电阻(R_s), 提高短路电流; 小分子量的MEH-PPV可以增加器件的泄漏电阻(R_sh), 提高开路电压. 当MEH-PPV的重均分子量M_w = 6×10⁵时, 器件的光电转换效率(η)最高.     

聚合物近红外发光二极管

设计双层器件结构(ITO/PEDOT/P-PPV/PFHDNT/Ba/Al)制备高效率近红外发光二极管, 其中P-PPV为发绿光的苯基取代的PPV衍生物, PFHDNT为近红外发光的9,9-二辛基芴(DOF)与4,7-二(3-己基噻吩)-2,1,3-萘并噻二唑(HDNT)的共聚物(PFHDNT10). 经优化PFHDNT10和P-PPV薄膜厚度, 得到器件的外量子效率高达2.1%(激发电流35 mA/cm²), 流明效率0.3 cd/A, 较单层结构器件的发光效率(0.9%)提高了两倍以上, 发光光谱峰值为750 nm, 色度坐标CIE1931为 (0.67, 0.30), 位于近红外区域. 研究表明, 增强的发光效率主要原因是P-PPV层具有电子阻挡作用及向PFHNDT10共聚物进行了有效能量转移.     

咪唑取代的三苯甲基自由基的合成表征及其光学性质

有机发光自由基材料是一类新型的发光材料,从分子轨道的电子排布来看,其发光是区别于传统材料的双线态激子发光.目前具有发光性质的有机自由基材料种类较少,并且大部分分子稳定性差、荧光量子产率低.本文以稳定性较差、荧光量子产率较低的三(2,4,6-三氯代苯基)甲基自由基(TTM)为骨架,在分子外围引入咪唑基团,得到两种改良的发光自由基TTM-Imz2和TTM-Imz3,详细表征了两者的光物理性质和稳定性,并应用于有机电致发光器件(OLEDs).结果表明,两者溶液中的荧光量子产率及稳定性相比于TTM均有大幅提升,并实现了波长较短的橙光发射,其中以TTM-Imz3制备的橙光OLED的最大外量子效率达到2.9%.     

有机溶剂诱导的多孔硅光致发光猝灭机理

1990年多孔硅室温可见光发射的报道引起了科技界的极大关注.现已形成了一个对硅材料研究很活跃的领域.目前的研究焦点主要集中在以下几方面:(1)发光机理的探讨;(2)改善发光的稳定性,提高发光的量子产率及制备各色光的多孔硅量子线阵列;(3)研制多孔硅光电器件;(4)发光的化学碎灭特性及其应用的研究. 我们研究了三类有机溶剂对多孔硅光致发光的猝灭作用。烷烃不猝灭发光(包括环己烷、正庚烷和溴乙烷等),而且还有很弱的增敏作用.但苯具有弱的猝灭效应.气相浓度(以氮气作稀释气体)为 1.9 × 10~(-3) mol/L时,猝灭了发光强度的15％,猝灭过程光谱没有蓝移或红移.含氧有机溶剂,包括甲醇、乙醇、四氢呋喃、二氧六环、环氧氯丙烷、乙醚、苯甲醚、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮和丁酮等,它们的猝     

结构简单的高效蓝色荧光器件

热激活延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料双[4-(9,9-二甲基-9,10-二氢吖啶)苯基]硫砜(DMAC-DPS)在非掺杂型器件中展示了良好的发光特性.本文首先以DMAC-DPS作为器件的发光层,分别对其厚度以及器件的空穴传输层和电子传输层进行了优化,制备了结构简单的非掺杂型高效蓝光器件,其最大外量子效率是14.3%,最大功率效率是26.8 lm W~(-1).荧光器件在稳定性等方面具备显著的优越性且荧光材料已被广泛采用,因此我们进一步以DMAC-DPS为主体材料,蓝色荧光材料2,5,8,11-四-叔-丁基苝(TBPe)为客体材料制备了高效的TADF材料敏化蓝光器件.器件的最大外量子效率为12.7%,最大功率效率为22.9 lm W~(-1).我们的结果表明分别以TADF材料作为发光材料和主体材料可以制备高效蓝色荧光器件,这为结构简单高效蓝光器件的制备提供了一种新的途径.     

采用惰性聚合物共混制备高效率的电致发光器件

通过将荧光共轭聚合物G-PF(芴与噻吩的共聚物)与聚苯乙烯（PS）共混制备出了高效率的聚合物发光二极管，当采用G-PF与PS的浓度比为80/20的共混物薄膜为发光层时，其器件最高量子效率为12cd/A，而纯的荧光共轭聚合物G-PF器件的最高量子效率只有6.5cd/A,通过对其电致发光谱和光致发光谱的研究，发现量子效率的提高主要是因为聚苯乙烯的加入，增加了荧光共轭聚合物的荧光量子产率。聚苯乙烯的浓度超过20％后，再进一步增加聚苯乙烯的含量，会导致器件的量子效率下降。这可能是由于聚苯乙烯本身是一种绝缘材料，它的加入会降低电子与空穴的传输性能，从而减少了正负载流子复合的概率。     

基于金纳米粒子修饰空穴注入层的高效率钙钛矿发光二极管

有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LEDs)在平板照明和显示等方面有着重要应用前景,并且具有成本低和制备过程简单等优点,近年来吸引了越来越多科学家的关注和研究.如何通过优化器件结构,进一步提高Pe LEDs的电致发光效率及发光的稳定性是当前的研究热点.在优化光电器件性能上,金纳米粒子(Au NPs)以其特殊的小尺寸效应提供了诸多材料没有的特殊优势.本文以Frens法制备了粒径为~20 nm的水溶性Au NPs,然后以一定体积比加入到空穴注入层Poly(3,4-Ethylene Dioxythiophene):Poly(Styrene Sulfonate)(PEDOT:PSS)中,制备成AuNPs修饰的Pe LEDs.实验结果发现,加入Au NPs后,CH_3NH_3PbBr_3钙钛矿薄膜的光致发光性能和电致发光性能都得到了显著的提高,分别为原先的~2.41倍和~1.48倍.其中,Au NPs修饰的PeLEDs的启亮电压为~3.0 V,最大亮度为~16050 cd/m~2,最高电流效率为~7.02 cd/A.机理研究表明,AuNPs的表面等离子体局域共振吸收谱与发光层CH3NH3Pb Br3的荧光发射谱重叠得很好,因此Au NPs能加快PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbBr_3界面处激子的发光辐射退激速率,从而减少了该界面处的激子被附近的剩余载流子(空穴)淬灭的数量,使界面处更多的激子被用来发光,从而提高了激子的利用率.本文提出了一种通过Au NPs界面修饰来提高Pe LEDs发光效率的有效途径,这对于Au NPs表面等离子体共振的基础研究以及改善Pe LEDs的发光效率都具有非常重要的意义.     

三层结构掺杂聚合物蓝光二极管

从1990年Burroughes等首先报道用共轭聚合物聚苯撑乙烯(PPV)实现了电注入发光以来,关于发光聚合物的研究已经取得了很大的进展.但目前报道的PPV发光材料的量子效率都不是很高,这主要是PPV提纯很困难,某些不易除去的杂质造成了激子的淬灭.另外共轭聚合物发光需要足够长的链长,而链长的不均一使得具有各种能级的聚合物同时存在于其聚集体中,影响了它的色纯度.     

新型稠环电子受体的界面修饰对钙钛矿太阳能电池性能的影响

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高、成本低、易于大面积制造等优点而被科学家们广泛关注.氧化物电子传输层的合理界面设计及修饰对提高器件的PCE和工作长期稳定性有着十分重要的意义.因此,本文采用一种含有烷基噻吩基侧链的稠环电子受体材料3,9-二(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰甲烯基)-茚酮))-5,5,11,11-四(5-己基噻吩)-二噻吩并[2,3-d:2′,3′-d′]-s-引达省[1,2-b:5,6-b′]二噻吩(3,9-bis(2-methylene-(3-(1,1-dicyanomethylene)-indanone))-5,5,11,11-tetrakis(5-hexylthienyl)-dithieno[2,3-d:2′,3′-d′]-s-indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene, ITIC-Th)修饰TiO2电子传输层,制备高效稳定的平面结PSCs.研究结果显示,ITIC-Th的界面修饰改善了TiO2薄膜的形貌、接触角等性质,促进了钙钛矿晶粒的高质量生长,大幅度减少了器件表界面的电荷复合,明显提升了光生载流子的抽取率和输运效率,使经ITIC-Th界面修饰的PSC的PCE从未经界面修饰的15.43%显著提高到18.91%.与此同时,器件稳定性的研究结果显示,在室温和湿度为30%的条件下,经ITICTh界面修饰的PSC的PCE在放置约1000 h后依然保持原来的90%,明显高于未经界面修饰的PSC.研究结果对PSC光伏性能的提升具有重要的实际应用价值和学术意义.     

高效单发光层有机电致白光器件的制备与分光特性

以N, N′-二苯基-N, N′-二(1,1′-联苯)-4,4′-二胺(NPB) 为空穴传输材料, 4,7-二苯基-1,10-邻菲罗林(BPhen)为电子传输材料, 以2-叔丁基-9,10-二-(2-萘基)蒽(TADN)为主体材料, 掺杂红光染料4-二氰亚甲基-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃(DCJTB), 制备了单发光层有机电致发光白光器件, 器件的最高亮度和效率分别为11400 cd/m²和5.6 cd/A (4.1 lm/W). 在此基础上, 研究了白光器件通过彩色滤色膜的分光特性.     

8-羟基喹啉铝膜的电学输运特性分析

有机电致发光获得突破性进展以来,8-羟基喹啉铝(Alq)一直是人们关注的焦点.它具有良好的成膜特性、较高的发光效率和好的稳定性,促使有机电致发光器件进入实用阶段Alq是有机电致发光器件中广泛使用的材料,它作为发射层或电子输运层材料,用以研究有机电致发光的机理和探索高效率高稳定性的器件.Alq单层器件,在适当的电极(如镁、铝等)下,也能产生电致发光,且亮度-电流也同样满足线性关系,说明它与多层结构器件的发射机理一样,属复合型发射 但单层Alq膜层的输运特性与接触特性研究较少,而膜层的输运特性和接触特性又是决定Alq在高场(>10~5V/cm)下产生发射的关键问题. 另外,实验观测到单层Alq器件电致发光的衰减与其输运特性的变化有紧密的相关性.本文通过对电流-电压特性及电容-电压特性测试研究,初步了解单层Alq膜层的输运特性,并且对输运过程提出一个简单模型1 实验结果在经过清洗处理的电阻为150Ω/(?)的ITO衬底上,依次蒸发沉积8-羟基喹啉铝,金属镁、银. 沉积条件:8-羟基喹啉铝在4×10~3Pa真空下,以0.3nm/s速度沉积到未加热的ITO     

掺杂聚合物蓝光LED及平面显示

聚合物材料由于成本低廉,器件制备工艺简单,高量子效率,因此近年来越来越受到人们的重视。用聚合物材料作为有源层制作的发光二极管具有发光面积大,发光波长范围广(可覆盖整个可见光范围),并且可做在柔性衬底上等优点,因此,在大面积彩色显示方面具有广阔的应用前景。 聚合物发光二极管的工作原理是:功函数大的金属(如ITO,Au等)与聚合物形成欧姆接触,功函数小的金属(如Ca,Mg,Al等)与聚合物或有机材料形成Schottky势垒接触,空穴与电子分别从正负电极注入到发光层中,然后辐射复合发光。     

有机发光掺杂器件中的反常磁效应

采用不同浓度的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料2,3,5,6-四(3,6-二苯基-9-咔唑基)-对苯二腈(2,3,5,6-tetrakis(3,6-diphenylcarbazol-9-yl)-1,4-dicyanobenzene,4CzTPN-Ph)为掺杂剂,三(8-羟基喹啉)铝(tris-8-hydroxyquinoline aluminum,Alq3)为主体材料制备了发光层为Alq3:x%4CzTPN-Ph的有机发光二极管器件,并测量了室温下不同注入电流和不同掺杂浓度,以及固定某一电流和掺杂浓度在不同温度下器件的磁电致发光(magneto-electroluminescence,MEL)效应和磁电导(magneto-conductance,MC)效应.实验发现,在主客体掺杂类型器件中,与普通掺杂器件减小的磁效应相比,这种器件具有明显的反常磁效应——即表现出增强的MEL和MC幅值.以室温下注入电流为150μA的实验为例,发光层为Alq3:5%4CzTPN-Ph器件的MEL幅值在磁场为300m T处达到了10%左右,大约是参考器件(发光层为CBP:5%4CzTPN-Ph)的MEL幅值(~0.75%)的13倍,且该器件对应的MC幅值在磁场为300 m T处达到了6%左右,大约是此参考器件MC幅值(~0.12%)的50倍.此外,这种掺杂器件的MEL和MC明显受到掺杂浓度的调控,当掺杂浓度达15%左右时,MEL和MC幅值可达到最大值.在不同温度下,这种掺杂器件的MEL和MC值均随着温度的降低而减小.通过分析器件的能级结构和光谱可知,Alq3:4CzTPN-Ph器件具有主客体分子间特殊的能级排布,造成客体分子的能级陷阱较弱,外加磁场抑制三重态激子对电荷的散射作用(TQA)就可产生显著的MEL和MC幅值,从而得到不同于普通掺杂器件的反常磁效应.此外,由于TQA过程受三重态激子浓度与载流子浓度的影响,掺杂浓度和实验温度也能通过影响三重态激子浓度和载流子浓度来对TQA反应强弱进行调控,从而有效地调控这种反常磁效应.本研究工作有助于深入理解基于4CzTPN-Ph发光器件微观机制的演化过程,并将促进有机发光二极管在磁学器件方面的应用.     

激基缔合物器件中三重态-三重态湮灭的反常温度依赖关系

激子型器件的电致发光磁效应(magneto-electroluminescence, MEL)已经被研究得比较透彻,而关于激基缔合物型器件的MEL还鲜有报道.本文制备了激基缔合物型有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLEDs),并测量了其在不同温度和注入电流下的MEL曲线.实验发现,激基缔合物型器件的MEL曲线由两部分组成:系间窜越过程决定的低场部分(|B|≤50 mT)和三重态-三重态湮灭(triplet-triplet annihilation, TTA)过程决定的高场部分(50mT|B|≤300 mT),表明在不同温度和注入电流下,激基缔合物型器件中始终存在可以产生延迟荧光的TTA过程.然而在某一固定注入电流下,激基缔合物型器件的TTA过程具有与激子型器件相反的温度依赖关系,即激子型器件的TTA过程在低温下发生并随温度降低而增强,但激基缔合物型器件的TTA过程在室温下发生并随温度降低而减弱.激基缔合物型器件中TTA过程的这种反常温度依赖关系很好地弥补了以往只有在低温下才能利用TTA过程来提高器件发光效率的这一不足.通过分析器件的能级结构、电流-电压-发光特性曲线和光谱可知,激基缔合物型器件中TTA过程的反常温度依赖关系与三重态激基缔合物较长的寿命和低温对激基缔合物形成的抑制有关.本文的研究结果对提高OLEDs的发光效率具有一定的指导意义.     

Ca与共轭聚合物PDHFV界面的形成及化学反应

利用自旋涂膜(spin-coating)技术在清洁的Si衬底表面制备出共轭聚合物薄膜(poly(9,9-di-n-hexylfluorenyl-2,7-vinylene), PDHFV)样品, 利用同步辐射光电子能谱(SRPES)技术结合常规X射线光电子能谱(XPS)技术原位研究了Ca在PDHFV表面的沉积过程. 在Ca的初始沉积阶段(<1.9 ML), PDHFV薄膜中吸附的氧向界面聚集并与沉积的Ca发生反应; 同时, C 1s芯能级谱随Ca覆盖度增加而展宽, 表明在该阶段聚合物中乙烯基上的C原子与沉积的Ca原子间发生强烈相互作用. 当Ca的覆盖度从1.9 ML增至5.4 ML时, Ca原子主要与聚合物苯基中的C原子发生相互作用, 并伴随着C 1s峰向高结合能方向移动. 整个界面形成过程中, 没有出现明显的带隙态和电子注入势垒; 通过与常规的聚烷基芴(poly(9,9-dioctylfluorene), PFO)比较发现, 乙烯基的引入可以很好地抑制界面带隙态的出现, 这对提高界面的复合发光效率非常有利.