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.     

多功能聚集诱导发光OLED材料研究进展

重点介绍了以具有聚集诱导发光(AIE)特性的噻咯和四苯基乙烯为基本结构单元,通过引入电子传输基团或空穴传输基团构筑的一系列新型具有多功能性的有机发光二极管(OLED)材料.由于AIE结构基元的存在,这些分子能够表现出优异的固态发光效率,同时,载流子传输基团的引入使得材料的载流子传输能力大大提高.这些材料不仅能够作为电致发光层使用,也能同时作为电致发光层和载流子传输层使用,在OLED器件中能够表现出多功能的特性.利用这些材料制备的双层非掺杂OLED器件的外量子效率最高可达理论峰值,表明它们在保证OLED器件高效率的同时能够大大简化器件的结构,为降低器件生产成本提供了新途径.     

Alq3有机发光二极管中的超小磁场效应

制备了基于Alq3的有机发光二极管,器件结构为ITO/NPB/Alq3/LiF/Al,并在不同温度测量了器件在不同偏压下传导电流与电致发光的磁场效应.在较大的磁场范围内,磁电导曲线基本服从B2/(|B|+B0)2规律.而在零场附近很小的磁场范围内,测量结果显示出奇特的超小磁场效应.考虑载流子自旋与有机分子中核自旋之间的超精细相互作用对载流子自旋的调控,可以对这种零场附近的超小磁场效应给出合理解释.     

转化PbI2相制备超高效率钙钛矿电池

<正>有机-无机杂化钙钛矿材料具有较高的光吸收系数、合适可调的带隙、较低的激子束缚能、较高的载流子迁移率和较长的扩散长度等优异的光电性质^[1],因此在太阳能电池、光电探测器、发光二极管、激光器等光电器件领域具有重要潜在应用,已被广泛地研究报道.     

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.     

有机半导体异质结电荷产生层及其在叠层有机发光二极管中的应用

叠层有机发光二极管因其具有更高的亮度、效率以及稳定性, 其研究备受关注.本文综述了叠层有机发光二极管的最新进展; 总结了作者研究小组基于有机半导体异质结的概念, 设计了由一种p 型有机半导体和一种n 型有机半导体层层组成的双层有机半导体异质结电荷产生层, 并用它们作为连接单元制备了叠层有机发光二极管, 器件的电压得到了降低, 功率效率得到了提高. 通过对电荷产生层的工作机制的深入剖析, 揭示了降低电压、提高功率效率的内在物理原因, 为进一步设计高性能有机电致发光器件提供了新的思路; 最后对叠层有机发光二极管的未来发展方向进行了展望.     

有机半导体薄膜的有序化及其器件应用

近些年来,有机薄膜场效应晶体管(OTFTs)得到了快速的发展,但是载流子在薄膜中的传输机理以及如何有效地通过控制有机半导体层的形貌来构筑高性能的有机薄膜晶体管器件仍然是当前研究的难点.本文从有机共轭小分子半导体材料出发概述了通过不同的加工方式来优化和改善其薄膜的有序性,从而进一步提高载流子在半导体层的传输特性及其场效应性能,为制备高性能的有机半导体薄膜器件提供了新的视角和途径.     

新一代有机电致发光材料与器件

针对我国有机发光二极管(OLED)显示领域对低成本、高性能材料及简约器件制备工艺的重大迫切需求,提出不含贵重金属的纯有机材料体系及相关器件研究计划;开发并完善自主知识产权的新一代发光材料/主体材料体系,使发光效率和寿命达到实用化的水平;掌握新一代发光材料的发光机制、构效关系、激发态过程及其调控规律,实现兼顾结构简单、高效率、长寿命的新型器件结构,明确其内在物理机制和规律,为高性能材料和器件开发提供科学指导和解决方案,并在此基础上实现显示器件的优化设计、集成和可控制备.     

有机小分子纳米光功能材料的制备研究取得新进展

受分子间作用方式的限制,有机小分子材料的熔沸点较低且易升华,多数无机纳米材料的制备方法并不适用于有机纳米材料．因此有机纳米材料,尤其是有机纳米晶体材料的制备受到限制．探索有机纳米晶体材料新的、普适性的制备方法以及研究结晶性对有机纳米材料光电性能的影响,已经成为纳米材料领域新的研究热点．     

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。     

聚合物蓝光发光二极管

由化合物半导体制备的发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs)和激光管(Laserdiodes,LDs)目前已达到了相当成熟的水平,但在生产工艺和器件特性方面仍存在某些问题,蓝光波段发光就是无机半导体LEDs的空白.虽然作为1992年光电子领域的重大发现,利用Ⅱ—IV族化合物半导体材料已实现了蓝光发射,但目前的器件一般在低温下操作,且寿命较短,距实用化还有相当距离.与此同时,有机材料LEDs在实现多色及大面积显示方面     

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.     

高迁移率聚合物半导体材料

作为有机场效应晶体管的重要组成部分,有机半导体材料对器件性能有着重要的影响.相对于小分子半导体材料而言,聚合物半导体材料因其具有更容易溶液加工、适用于室温制备等优势,得到了研究者的广泛关注和研究.从20世纪70年代至今,聚合物半导体材料及其光电器件均得到了突飞猛进的发展.经过研究者们的不断探索创新,各种结构新颖的聚合物半导体材料层出不穷,器件制备工艺也不断优化改进,使得聚合物场效应晶体管的载流子迁移率从早期的10–5 cm2 V–1 s–1提升到了如今的36.3 cm2 V–1 s–1,在聚合物场效应材料分子结构的设计合成方面积累了丰富的经验,同时其内在电荷传输机理也随着材料和器件性能的提高不断明朗.本文以分子结构作为切入点,分别从p型、n型及双极性3种载流子传输类型方面对近5年报道的高迁移率聚合物半导体材料进行了系统的总结与归纳,同时还简要分析了聚合物半导体材料中的电荷传输机制及优化方法,希望对研究者进一步设计和合成更高性能的聚合物半导体材料及器件构筑起到一定的指导作用.     

一种改进的双费歇尔关环法合成吲哚[3,2-b]咔唑

含咔唑的共轭聚合物在聚合物发光二极管、聚合物太阳能电池、聚合物场效应晶体管等方面具有广泛的应用,已经成为光电功能材料研究领域的热点之一.具有平面结构的、含咔唑的共轭单体是构筑高载流子迁移率的聚合物的理想构筑基元.本文报道了一种改进的双费歇尔关环合成吲哚[3,2-b]咔唑的方法,提出了反应可能的机理,该方法将吲哚[3,2-b]咔唑的产率由文献报道的最高值26%提高到了51%.通过将吲哚[3,2-b]咔唑的5和11位进行烷基化,提高了其溶解性,使得该模块在普通溶剂中具有良好的溶解性.此外,采用一种简单有效的合成路线进一步制备了该模块2,8位的有机硼试剂,有望使其在合成共轭高分子半导体材料方面得到广泛的应用.     

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.     

三重态激子浓度对激子-电荷反应中散射和解离过程的调控

制备了4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)掺杂4,4′-N,N′-dicarbazolebiphenyl(CBP)的有机发光二极管器件,并利用有机磁电导(magneto-conductance,MC)作为一种灵敏的探测工具,研究了器件的载流子传输特性.发现器件的MC随注入电流、温度和掺杂浓度的变化呈现出正、负磁电导效应,正磁电导和负磁电导分别由三重激发态与电荷反应(triplet-charge interaction,TQI)中的散射过程与解离过程所引起.研究表明,器件中TQI的散射和解离过程共存时,注入电流、工作温度和掺杂浓度都是通过改变三重态(triplet,T)激子的浓度来调节磁电导使其发生正负转变,即T激子浓度对TQI中的散射过程和解离过程有不同的作用:T激子浓度越大,TQI中载流子的散射通道越易占主导作用,此时器件呈现出正磁电导效应;反之,T激子浓度越小,TQI中三重态激子的解离通道越易占主导作用,此时器件表现出负磁电导效应.本工作为有机磁电导效应的有效调控提供了一条新途径,也加深了对有机光电器件中电荷与激发态间相互作用的理解.     

封面说明

<正>不同于以发光层为中心构筑的有机发光二极管,平面pn异质结型有机发光二极管仅由空穴和电子传输材料层叠而成,不含有独立的发光层.其发光中心来源于有机p型空穴传输材料和n型电子传输材料相互接触的界面,发光颜色由p型空穴传输材料和n型电子传输材料的协同作用决定.空穴和电子经电极界面注入后,在器件内部进行传输和复合的过程不需要克服传统有机发光二极管中     

一种交联结构的渐变折射率有机聚合物材料波导膜

由于集成光学器件主要是由LiN_BO_3和Ⅲ—Ⅴ族晶体材料制备的,在这些电光晶体上形成良好性质的波导是很困难的。虽然利用半导体工艺中的扩散和喷涂方法,可以在某些基材上形成波导,但由于特别大的光损耗和进一步集成的困难使得这些方法制备的波导材料的实用化受到限制。对具有良好波导性质,能与不同电光晶体复合的材料进行研究与开发是必要的。聚合物材料在这一领域虽属后来者,却以其相容性好、制备方便、易于集成化等一系列     

ZrO_2纳米材料制备及其顺磁特性研究

自1986年Gleiter等关于纳米材料的结构和性能的首次报告以来,国际、国内广泛开展了纳米材料的制备及其性能研究。纳米晶体既不是长程有序,也不是短程有序的,而是具有全新固体结构的材料,因而有与晶体或非晶体完全不同的独特性质。又由于纳米粉末有大的比表面积,高的化学活性,可以在非常低的温度下制备出化学成分均匀、致密的陶瓷体。获得高纯,化学成分均匀、超细、团聚程度小的超微粉是保证氧化锆增韧陶瓷样品具有高强度,韧性及其可靠性的关键。本文报道用柠檬酸盐爆炸分解法制备ZrO_2纳米超微粉,与其它化学方法相比它具有粒子分布均匀,无团聚现象,有F心等特点。并研究其微结构和顺磁     

表面态和线间距对ZnO纳米线/聚(3-己基噻吩)复合纳米结构光伏性能的影响

正基于导电聚合物的有机光伏器件具有低成本、重量轻和柔性等优点.然而,相对于无机材料而言,其载流子迁移率较低.引入高迁移率的无机材料和导电聚合物构筑复合形成混相的异质结结构可以有效解决此问题.通过此种方式,在导电聚合物中产生的激子不需要传输过长的距离到达施主/受主界面,电荷分离过程能够发生在光活性层中的有机/无机材料界面.最常用的电子受主材料是C60的衍生物以及无机纳米