醇溶性有机小分子电解质类阴极界面修饰材料的合成与表征
发布时间：2019-08-05 21:03
【摘要】：阴极界面材料在有机光电器件(如有机发光二极管和有机光伏器件)中具有重要的应用。低功函金属阴极虽有利于获得高效率,但因对空气中水、氧气敏感而会影响器件的稳定性和寿命。而环境中稳定的金属阴极(如Au、Ag等)由于能级不匹配导致电子注入或抽取困难。因此,为了降低稳定阴极材料(如Ag、Al、ITO等)的功函并获得高效的有机光电器件,开发有效的阴极界面材料显得尤为重要。电解质材料具有优异的电子注入、传输及收集性能。另外,有机小分子具有确定的化学结构和分子量、高的纯度和可低温加工等优点。基于此,本论文进行了醇溶性有机小分子电解质阴极界面材料的研究。主要涵盖以下两个方面:1)为了提高我们之前合成的LG-2b在醇溶剂中的溶液加工性能,设计了以四氟硼酸根为反离子、共轭链长度不同的界面材料BFN-BF4和FN-BF4。相比于LG-2b,目标产物的合成得到简化,醇溶性有所提高。在绿光器件ITO/PEDOT:PSS/PVK/Green-1a/CIM/Al(cathode interfacial layer,CIM=BFN-BF4,FN-BF4)中获得优于以Cs F/Al作为阴极的器件性能。2)由于BFN-BF4和FN-BF4不能抵御弱极性溶剂(如甲苯、氯苯)的侵蚀,不适合用于倒置结构的器件。所以,我们合成了具有更大极性的氮杂环盐Phen-Br、Phen-SO3和Phen Na DPO-Br,降低它们在弱极性溶剂中的溶解性,从而有利于抵御弱极性溶剂的侵蚀。它们合成简单,均具有良好的水/醇溶性。其中,Phen Na DPO-Br的性能较优,在正装有机光伏器件ITO/PEDOT:PSS/PTB7:PC71BM/CIM/Al(CIM=Phen Na DPO-Br)中,获得7.60%的能量转换效率,高于以Al为阴极的器件效率4.65%;并在倒置光伏器件ITO/Zn O/CIM/PTB7:PC71BM/Mo O3/Al(CIM=Phen Na DPO-Br)中也获得了高于以Zn O作为阴极的器件效率。
【图文】：
外量子效率 EQE：internal quantum efficiency, 器件从某一个方向发射出来的总光子数占注入载流子数的百分比。功率效率 ηp：指输出光功率占输入电功率或吸收光功率的百分比，单位是 lm W 1电流效率 ηc：指器件发射的亮度占注入电流密度的百分比，单位是 cd A 1。发光效率的高低会直接影响到器件的功率损耗和稳定性，通过选择合适的发光材料以及适当地调整器件结构来平衡载流子的注入和传输，提高载流子在发光层中复合的几率，从而改善器件的发光性能。1.2.3.3 色度坐标色度坐标：用来描述 OLED 器件的发光颜色，采用 1931 年国际照明委员会(Commission International de I’Eclairage)制定的标准，用马蹄形曲线坐标(CIE x, CIE y)来描述器件的所有可见光谱的发光颜色，国际显示委员会规定三基色和白光的 CIE 色坐标分别为：红(0.66, 0.33)、绿 (0.21，0.71)、蓝(0.14， 0.08)、白光(0.333，0.333)。
采用 ITO 或其他透明电极作为阴极，高功函金属作为阳极。根据活性层的不同，OPV 的器件结构由简单的单层 Schottky 器件结构发展成如今的级联叠层结构，以此不断提高器件的 PCE。其中，早期的单层太阳能电池器件由于两电极功函差别导致的内建电场通常不足以使有机材料中的激子解离，因此激子拆分比较困难而且电子、空穴复合率高。而后，人们将给体(donor)和受体(accptor)有机半导体分子在阴阳电极之间分层排列，得到平面型异质结结构的电池，虽然 D-A 界面处的电子势垒可以使激子有效拆分，但激子的寿命很短，扩散距离只有 10 nm 左右，平面异质结限制了材料最大限度的光谱吸收(厚度至少达到 100 nm)。目前，绝大部分的有机太阳能电池采用本体异质结结构，给体和受体材料的界面在整个活性层范围内分布，使得激子拆分效率提高很多，减少了由于激子扩散长度小而导致的能量损失。为了避免单一给体材料的吸收范围有限而最大限度增加光利用率，提高电池的开路电压以满足实际需求，叠层结构器件应运而生。该器件由两个或以上的器件单元以串接方式组成，各器件单元的能隙宽度和厚度需要在合适的范围内，以便于形成欧姆接触，获得高的 PCE。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;TM914.4;O621.1
本文编号：2523331
【图文】：
外量子效率 EQE：internal quantum efficiency, 器件从某一个方向发射出来的总光子数占注入载流子数的百分比。功率效率 ηp：指输出光功率占输入电功率或吸收光功率的百分比，单位是 lm W 1电流效率 ηc：指器件发射的亮度占注入电流密度的百分比，单位是 cd A 1。发光效率的高低会直接影响到器件的功率损耗和稳定性，通过选择合适的发光材料以及适当地调整器件结构来平衡载流子的注入和传输，提高载流子在发光层中复合的几率，从而改善器件的发光性能。1.2.3.3 色度坐标色度坐标：用来描述 OLED 器件的发光颜色，采用 1931 年国际照明委员会(Commission International de I’Eclairage)制定的标准，用马蹄形曲线坐标(CIE x, CIE y)来描述器件的所有可见光谱的发光颜色，国际显示委员会规定三基色和白光的 CIE 色坐标分别为：红(0.66, 0.33)、绿 (0.21，0.71)、蓝(0.14， 0.08)、白光(0.333，0.333)。
采用 ITO 或其他透明电极作为阴极，高功函金属作为阳极。根据活性层的不同，OPV 的器件结构由简单的单层 Schottky 器件结构发展成如今的级联叠层结构，以此不断提高器件的 PCE。其中，早期的单层太阳能电池器件由于两电极功函差别导致的内建电场通常不足以使有机材料中的激子解离，因此激子拆分比较困难而且电子、空穴复合率高。而后，人们将给体(donor)和受体(accptor)有机半导体分子在阴阳电极之间分层排列，得到平面型异质结结构的电池，虽然 D-A 界面处的电子势垒可以使激子有效拆分，但激子的寿命很短，扩散距离只有 10 nm 左右，平面异质结限制了材料最大限度的光谱吸收(厚度至少达到 100 nm)。目前，绝大部分的有机太阳能电池采用本体异质结结构，给体和受体材料的界面在整个活性层范围内分布，使得激子拆分效率提高很多，减少了由于激子扩散长度小而导致的能量损失。为了避免单一给体材料的吸收范围有限而最大限度增加光利用率，提高电池的开路电压以满足实际需求，叠层结构器件应运而生。该器件由两个或以上的器件单元以串接方式组成，各器件单元的能隙宽度和厚度需要在合适的范围内，以便于形成欧姆接触，获得高的 PCE。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;TM914.4;O621.1
【参考文献】
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1 王金山;田原;徐新军;李立东;;白光有机发光二极管照明材料及其产业化前景[J];新材料产业;2014年09期
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，本文编号：2523331
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