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

发布时间：2019-11-15 06:38

【摘要】：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.
【图文】：

电致发光,能级结构,归一化,室温

3887论文图1(网络版彩色)器件CBP:x%DCM的结构及光谱图.(a)能级结构示意图;(b)室温下归一化电致发光谱(掺杂浓度x分别为1%,8%和15%),插图为DCM和CBP的分子结构Figure1(Coloronline)ThediagramandspectrumofdeviceCBP:x%DCM.(a)Theenergydiagramofthedevice;(b)thenormalizedelectrolumi-nescencespectrumofthedeviceatroomtemperature(thedopingconcentrationxare1%,8%and15%).TheinsetshowsthechemicalstructuresofCBPandDCMmolecules图2(网络版彩色)器件CBP:1%DCM在不同温度和注入电流下的MC实验(方块)曲线及拟合(实线)曲线.(a)室温下,150μA时的实验(方块)和拟合(实线)曲线,插图为散射过程原理图;(b)100K时,25μA下的实验(方块)和拟合(实线)曲线;(c)20K时10μA下的实验(方块)和拟合(实线)曲线,插图为解离过程原理图Figure2(Coloronline)TheMCcurves(square)andtheirfittedlines(solidlines)ofdeviceCBP:1%DCM.(a)Underaninjectioncurrentof150μAatRT,insetshowstheschematicofscatteringprocess;(b)underaninjectioncurrentof25μAat100K;(c)underaninjectioncurrentof10μAat20K,insetshowstheschematicofdissociationprocess别是主要由系间窜越((inter-systemcrossing,ISC)和TQI中散射过程所引起[15,16,18,19].其中ISC过程比TQI中散射过程弱很多,故在本文中不做重点讨论.为了证明器件中的激子反应就是TQI的散射过程,采用两个非洛仑兹公式对实验数据进行拟合,即MC=αB2/(|B|+BL)2+βB2/(|B|+BH)2,其中B表示外加磁场,α和β分别表示拟合系数,BL和BH分别表示低场和高场的特征磁场,其中低场处于0→27mT范围内,高场处于27→300mT范围内[8,16,19].图2(a)中实线为两个非洛仑兹公式的拟合?

曲线,电致发光,归一化,曲线

?有较好调控作用,下面通过改变温度来影响激子寿命从而来调节T激子的浓度,以此来观察MC的改变.采用目前研究较成熟的MEL曲线来观察激子浓度的变化,与MC类似,MEL定义为有、无外加磁场下器件电致发光强度的相对变化率,即MEL=[EL(B) EL(0)]/EL(0)×100%[17,22,23].电致发光为单重态激子(singlet,S)退激辐射产生,T激子虽不直接参与发光,但通过激子湮灭反应(T1+T1→S1+S0→h+S0,即TTA过程),可以间接影响器件发光[3,17,23],且TTA有自己特征的MEL线型,因此可通过MEL曲线来观察T激子浓度的变化.图4(a)和(c)为器件CBP:1%DCM在不同温度条件下,注入电流为50μA的MEL和MC曲线;图4(d)和(f)为器件CBP:10%DCM在不同温度条件下,注入电流为50μA的MEL和MC曲线.图4(a)中,器件CBP:1%DCM在室温下MEL线型为:低场微小上升,高场大幅度下降.已知低场快速上升为外加磁场对极化子对(polaronpair)系间窜越ISC的作用所引起的,高场下降为外加磁场对TTA作用的结果[3,17,23],并且MEL下降幅度随T激子浓度的增加而增大.图4(a)中随温度的降低,低场上升幅度增加,高场下降幅度减小,可知T激子浓度随温度的降低而减少.而图4(d)中,器件CBP:10%DCM的MEL随温度的降低,低场上升幅度减少,高场下降幅度增加,可知T激子浓度随温度的降低而增加.一般情况下,因为T激子的寿命随温度降低而增长,所以降低温度T激子浓度是增加的[17,24,25],如图4(d)所示.把图4(a)中T激子浓度随温度的降低而减少称为反常温度效应.结合本组之前对这种反常温度效应现象的研究,分析表明[23]:在CBP:1%DCM器件中,虽然由于CBP能量的快速转移以及主客体间能级陷阱的共同作用,图4(网络版彩色)器件CBP:x%DCM在注入电流为50μA,温度分别为RT,200,100和

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