膦基电致发光材料及器件的研究进展

芳香膦(氧)基团具有可打断共轭、电子效应适中、位阻大、便于多功能修饰和配位能力强等特点,是少数几个兼具多种功能的基团之一.通过综合运用这些功能,芳香膦(氧)基团在选择性调节分子光电特性等方面显示出了独特的优势.因此,芳香膦(氧)基团不仅适于构建综合性能优异的光电功能材料,进而实现高效的有机电致发光器件,而且能够为选择性研究单一性质变化对材料光电性能的影响提供平台.近年来,膦基光电功能材料逐渐发展成为有机电致发光(organic light-emitting diode, OLED)领域的热点之一,其所展现出的优异性能和清晰的构效关系在丰富OLED材料库、明确材料设计和优化途径,乃至推动OLED技术创新等方面具有重要的理论意义和实际应用价值.我们在膦基电致发光材料及其器件方面开展了比较系统的研究.从材料的设计策略出发,分别开发了膦基主体材料、发光材料和电子传输材料,对这类材料的光物理性质、激发态特性、电学性能以及电致发光器件性能等进行深入研究.本文对这些工作进行了较为系统的总结,以期为今后膦基光电功能材料的开发提供借鉴和参考.     

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.     

基于芳香性聚酰亚胺的光电功能材料及器件研究进展

聚酰亚胺是一类重要的高性能聚合物,具有优良的热性能、机械性能和电学性能.近年来,芳香性聚酰亚胺作为新型光电功能材料在有机太阳电池、场效应晶体管、电存储等有机光电器件中的应用价值日益凸显,引起研究者的广泛关注.本文根据芳香性聚酰亚胺的分子结构特点,从光电功能化方法和材料制备策略出发,全面归纳和总结了芳香性聚酰亚胺在光电子器件领域的研究进展,阐述了此类材料的分子结构设计与光电性质以及光电器件性能的内在关系,为今后开发新型高效芳香性聚酰亚胺光电功能材料和器件提供参考.     

有机单晶电致发光器件研究进展

有机单晶半导体材料由于分子排列有序、高稳定性和高载流子迁移率等优点,成为一类具有应用潜力的光电子材料,在光电器件领域获得了广泛的应用.特别是其弥补了无定形态有机薄膜在热稳定性和载流子迁移率等方面的不足,有机单晶在有机电致发光器件(OLED)方面展现了潜在的应用前景.有机单晶OLED器件从最初的点发光到成功实现了面发光,器件性能不断提升.本文聚焦有机单晶OLED,系统总结了材料和器件制备工艺以及器件性能优化等方面的研究进展,同时讨论了有机单晶OLED性能进一步提升所面临的瓶颈难题和可行的解决方案.     

p-n嵌段调节有机光电功能材料的能级

有机电致发光技术在通讯、信息、显示和照明等许多领域显现出巨大的商业应用前景,十几年来一直是光电信息领域的研究热点之一.相对于无机电致发光材料而言,有机电致发光材料具有许多优点.在影响有机电致发光器件性能的各种因素中,光电材料的能级扮演着非常重要的角色,这是因为在电致发光二极管中,不同层之间由于能级匹配而产生的势垒对整个器件的驱动电压、发光波长、效率以及寿命等性能都有明显影响,因此研究有机光电功能材料能级的可控调节对推动整个有机电子学的发展具有非常重要的意义.以我们的工作为主,从材料合成的角度介绍了近年来通过p-n嵌段方法调节有机光电功能材料能级的最新研究进展,并对下一步需要研究的热点问题作了展望.     

有机平面pn异质结发光二极管材料与器件

有机发光二极管(OLED)在新型显示和固态照明等领域有着广泛的应用潜力,在可穿戴设备、手机、电视等显示产品上已经实现了较大规模的商业化应用,未来预计在柔性显示领域将具有更为突出的应用前景.为进一步降低OLED材料与器件的制备成本,近些年来,大量的研究聚焦于开发不含有稀有金属、兼具低成本和高性能优势的OLED材料与器件.本文综述了基于纯有机半导体材料、利用层间电荷转移来构筑OLED的研究进展,着重讨论了有机平面pn异质结发光二极管(pn-OLED)概念的提出,以及相应的有机半导体材料与器件等方面的进展,并对该类型器件目前发展中遇到的问题,以及将来在发光晶体管、电泵浦激光器等领域潜在的应用进行了讨论.     

有机-无机范德瓦尔斯异质结界面的光电过程

近年来,有机-无机范德瓦尔斯异质结由于其低成本加工和高性能而在光电应用领域引起了极大的关注.无机的二维材料具有光暗电导比高、载流子迁移率高、稳定性高以及使用寿命长等优点,但是其吸收带窄、可选材料较少、生产成本高;而有机材料具有低成本、透明、柔性、重量轻和易加工等优点,但其介电常数低、载流子迁移率低.如果通过合理的界面设计将二者相结合,扬长避短,有望获得更加优良的光电性能.目前国际上已有多个研究组在这个领域进行了探索性的研究,主要集中在材料的探索和器件功能性的开发,但是其背后的物理原理还不清晰.而微观机理的研究离不开先进的表征技术和测量方法的发展,因此本文旨在总结目前该领域研究进展的基础上,重点介绍有机-无机范德瓦尔斯异质结界面光电子学的表征方法,主要集中在以下3个方面:界面处材料的结构与分子表征、电子结构与局域态表征和微观动力学过程.此外,还针对该领域存在的问题提出了潜在的表征手段,进一步讨论了该领域可能的发展方向.     

石墨烯透明电极在氮化镓基光电器件中的应用

二维材料石墨烯因其优异的特性或将在下一代纳米电子器件中发挥核心作用.其用作光电器件上的透明电极是目前公认的短期内最有可能实现产品化的领域.本文结合实验室的工作,综述了石墨烯应用作氮化镓(GaN)基光电器件(特别是发光二极管)透明电极的国内外最新研究进展,并对未来发展方向作了展望.     

基于模板剥离法制备有机晶体发光二极管器件及其特性

有机晶体材料由于具有低的杂质含量、高的载流子迁移率、以及高的荧光量子效率在光电器件领域受到人们广泛的关注.但是,由于有机晶体材料具有易碎、致柔且对有机溶剂敏感等特性,导致其难于制备发光二极管器件.本文设计了一种简单且无破坏性的工艺方法,即模板剥离法,制备有机晶体发光二极管器件.基于此方法通过改善晶体与电极之间的接触,可使载流子均匀注入晶体有源层,从而获得了均匀电致发光的二极管器件.     

基于有机小分子和有机-无机杂化钙钛矿复合发光层的白光PeLED

由于优越的光电特性和溶液加工特性,有机-无机杂化钙钛矿材料在发光显示领域展示出极大的应用前景.近两年,有机-无机杂化钙钛矿电致发光器件(Pe LED)得到了快速发展,电致发光效率已经达到了传统有机电致发光器件(OLED)的水平.由于白光是显示和照明领域的最主要光源,因此开发白光Pe LED具有重要的科学和商业价值.本文报道了以有机小分子1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(m CP)和有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3Pb Br3混合膜作为发光层的一种新型白光Pe LED.首先,通过一步旋涂工艺得到了均匀致密、覆盖度较高的m CP:CH3NH3Pb Br3晶体薄膜.然后以m CP:CH3NH3Pb Br3膜作为发光层的白光Pe LED(器件结构为ITO/PEDOT:PSS/m CP:CH3NH3Pb Br3/tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl(TPBI)/Li F/Al),器件的启亮电压为~3.2 V,最大亮度为~170 cd/m2,电致发光效率为~0.15 cd/A.当偏压为7 V时,Pe LED的CIE色坐标达到了(0.32,0.31),得到了理想的白光.该白光Pe LED基本达到了工业化的要求,同时也为进一步开发更高效、更稳定的白光Pe LED提供了参考思路.     

器件老化处理对有机发光磁效应的影响

制备了基于小分子tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum(III)(Alq3)的有机发光二极管,并在室温下对器件进行大电流老化处理;然后测量了器件的光电性能,以及电致发光磁效应(magneto-electroluminescence,MEL)随老化时间的变化关系.实验结果显示,经老化处理后,器件的发光效率降低、工作电压增大;但器件的MEL随老化时间则表现出先增加、后减小的特点,且其线型保持不变.基于器件光电性能退化的主要机制,分析了器件MEL发生非单调变化的可能原因,即器件中形成了对发光激子有淬灭作用的Alq3阳离子,该阳离子引起发光强度的减弱造成MEL在短时间处理后增加,而阴极/Alq3界面的退化导致发光层中电场的增大则引起器件MEL的减小.这对理解有机发光的退化机制和有机磁效应的形成机制具有较好的促进作用.     

基于褶皱结构的可拉伸有机电致发光器件研究进展

近年来,随着柔性和可穿戴电子设备的发展,人们对可拉伸设备的需求不断提升,促进了可拉伸电子器件的快速发展.可拉伸显示器在可拉伸电子设备中起到信息传递和人机交互的作用,是可拉伸电子设备的重要组成部分.可拉伸发光器件作为可拉伸显示器的核心组成部分之一,受到广泛关注.随着材料、工艺和器件结构设计的不断发展与进步,可拉伸发光器件的研究得到快速发展,多种策略被开发出来用于实现器件的拉伸性,且器件性能显著提高.其中,基于褶皱结构的可拉伸有机电致发光器件因其优异的光电性能和机械拉伸性而在可穿戴电子设备、电子皮肤、智能服装等领域展现出较大的应用潜力,成为制备可拉伸显示器的候选器件之一.本文对基于褶皱结构可拉伸有机电致发光器件的研究进展进行综述,首先介绍了褶皱结构的形成机制及相关的理论,然后对褶皱结构型可拉伸有机电致发光器件按照拉伸维度和褶皱有序性进行分类,总结了不同类型器件的设计思路、制造方案和器件性能特点.最后,简要讨论了褶皱结构可拉伸有机电致发光器件存在的一些挑战及对未来的展望.     

热活性延迟荧光材料的设计合成及其在有机发光二极管上的应用

热活性延迟荧光(TADF)材料具有小的单重态-三重态能级差(?EST),因此三重态激子可以通过反向系间窜越(RISC)转变成单重态激子发光.该类材料能够充分利用电激发下形成的单重态激子和三重态激子,使其器件的内量子效率理论上可以达到100%,媲美磷光材料,远远高于传统荧光材料的25%,成为继有机荧光材料和有机磷光材料之后发展的第3代有机发光材料,近年来受到广泛关注.本文介绍了TADF的机理和材料设计的基本原则,综述了近年来国内外学者在TADF材料的设计合成及其在有机发光二极管(OLED)上应用的研究进展,重点介绍了绿光、蓝光、红光、黄光、白光TADF材料的合成与性能.高效的TADF材料经过缜密设计、精确制备和系统研发,将会陆续进入实际应用并在照明和显示领域发挥重要作用.     

共价有机框架材料的设计与制备

共价有机框架材料(covalent organic frameworks,COFs)是有机构筑基元通过共价键连接而成的晶态多孔高分子材料,因其高比表面积、低密度、高度有序的周期性结构和易于功能化等特点,在气体吸附和存储、光电器件、催化、储能和传感等领域都展现出了广阔的应用前景.COFs的出现和发展使得人们在一定程度上实现了对二维聚合物和三维聚合物的二级结构和三级结构的精准调控.本文从结构设计和功能设计两方面出发介绍COFs的基本设计理念,总结了COFs粉体、单分子层COFs和COFs膜3种形态COFs材料制备合成方法,最后对COFs材料未来发展方向进行了展望.     

脉冲准分子激光PZT铁电薄膜沉积及其特性研究

随着大规模集成电路的迅速发展,要求集成器件向三维器件及多功能器件发展.由于铁电薄膜具有非挥发性(non-volatility)、抗辐照性(radiation-hardness)、电极化特性,因此,铁电薄膜及其在微电子和光电子领域中的应用研究已成为当前国际上新型功能材料与集成器件的热点,如铁电随机存储器(FERAM)、动态随机存储器(DRAM)、薄膜电容、SAW器件及红外探测器等.     

Y123相超导体有机保护膜研究

高温超导材料在实用中要求其超导性能稳定.但是,Y系超导材料易受环境中的水汽、CO_2侵蚀而分解,生成的最终产物含有Ba(OH)_2,Y(OH)_3以及BaCO_3等碱性物质;一些超导器件(如超导微波器件)需防止器件与环境的各种接触造成表面性能恶化.因此,有必要对超导器件进行保护,与各种不良环境隔离.国外有过一些使用无机保护材料的报道,主要采用真空热蒸发沉积和酸钝化方法,可将超导材料在水中保护约数分钟到1h;文献[1]用有机保护材料浸渍超导材料,可获得在水中保护数小时的结果.本文用pH酸度计进行监测,选用有机高分子化合物作保护材料,可在水中保护40h以上.     

钙钛矿太阳能电池的内建电场调控策略研究进展

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)作为一种高效率、低成本的光伏器件引起了国内外学者的广泛关注.电池内部的载流子分离和传输是器件工作的核心过程,直接关系到器件的光电转化效率.异质结形成的内建电场主导着载流子的行为,其强度大小决定器件中电子和空穴的分离效率,所以对内建电场的调控和优化可以从根本上提升电池的性能.本文首先对钙钛矿太阳能电池中的内建电场以及载流子分离机制进行介绍,然后对目前常见的钙钛矿太阳能电池内建电场的调控策略及其对器件性能的影响进行总结,主要包括通过掺杂、构建三维/二维钙钛矿异质结、构建偶极层等调控钙钛矿太阳能电池的内建电场.最后,对钙钛矿太阳能电池的内建电场调控技术进行评价,并对未来该领域的发展进行展望.     

碳量子点在光电器件中的应用进展

碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)由于其高的荧光量子产率、带隙可调、溶剂分散性好、高的电子迁移率、较长的热电子寿命、宽的光学吸收、成本低廉、低毒性等优点,近几年作为新型光电材料在光电器件领域崭露头角.本文主要介绍了CQDs的结构、光学性能及其发光机理,总结了近几年来CQDs在白光发光二极管、量子点电致发光二极管、激光二极管、可见光通信、聚合物太阳能电池领域取得的进展以及存在的相关问题,以拓展CQDs在未来照明、显示、通信和太阳能电池等光电器件中的应用.     

国家自然科学基金视角下我国光电器件领域发展的分析和展望

<正>光电器件是利用光与载流子之间的相互作用而产生特定效应或功能的器件,主要包括激光器、发光二极管(light-emitting diode, LED)、光电探测器、太阳能电池等.作为半导体光电子产业一个重要的分支,光电器件在当今社会具有极其重要的地位,在光通信、探测、遥感、成像、军事、航天等领域中得到广泛应用.光电器件是信息获取、传输、处理、显示四大系统的主要载体和核心元器件.     

面向微电子应用的二维过渡金属硫族化合物制备进展

二维原子晶体材料所独有的结构特性带来了诸多优异的性质.与石墨烯相比,二维过渡金属硫族化合物(TMDs)拥有不同大小且可调控的带隙,在微电子和光电器件领域有着广阔的应用前景.本文对二维TMDs材料"自上而下"和"自下而上"的制备方法进行了总结,对比了机械剥离、液相剥离和化学气相沉积等常见制备技术,并归纳了各自的优缺点.同时基于未来晶圆级二维TMDs器件,重点介绍了化学气相沉积法及其面向应用需要解决的问题.最后总结了二维TMDs材料在微电子器件应用中的研究进展.