高效热活化延迟荧光OLED和近红外光探测器及其集成上转换发光器件研究

发布时间：2020-06-03 13:00

【摘要】：有机光电器件具有材料丰富易得、重量轻、工艺简单、制造成本低廉、可集成在大面积和柔性基板上、光电性能易于调节等诸多优点,日益被人们所重视。本论文从热活化延迟荧光OLED(thermally activated delayed fluorescence OLED,TADF-OLED)和有机近红外光探测器(organic near-infrared photodetector,NIR-OPD)单元器件入手,在获得高性能单元器件基础上构筑全有机近红外光到可见光上转换发光器件,主要研究内容分为以下三个部分:1.高效热活化延迟荧光OLED的研制。首先,研究了不同的电子传输层对非掺杂TADF-OLED器件性能的影响。将DPEPO和Bphen作为电子传输层引入到ITO/NPB(30 nm)/2PXZ-OXD(30 nm)/ETL(30 nm)/LiF(1 nm)/Al器件中,研究发现,电子传输材料的能级结构和载流子迁移率对器件的发光性能有很大的影响。采用30 nm Bphen作为电子传输层时,在3 V偏压下器件亮度达到199 cd/m~2,这一亮度在非掺杂TADF-OLED中是已报导的最高值之一。在此基础上,引入CuI作为空穴注入层,器件的空穴注入性能得到改善,发光层中的载流子更加平衡,在3 V偏压下器件的发光亮度高达1317 cd/m~2,这一数值是已报导的非掺杂TADF-OLED的最高值;同时大电流密度下效率下降的问题得到显著改善,在1000 cd/m~2发光亮度时,效率仅下降了3.02%。其次,研究了n型PbI_2阳极缓冲层对激基复合物型OLED发光性能的影响。在基于TCTA:PO-T2T、mCP:PO-T2T激基复合物的器件中,加入PbI_2缓冲层后,启亮电压、功率效率和外量子效率均得到显著提高。研究表明,n型PbI_2在PbI_2/TCTA界面或PbI_2/mCP界面通过“电荷产生”机制形成空穴注入,从而降低空穴的注入势垒,显著改善器件性能。2.高效近红外光探测器的研制。首先,以PbPc/C_(60)平面异质结(planar heterojunction,PHJ)作为近红外光活性层,研究了n型PbI_2阳极缓冲层对近红外光探测器性能的影响。与无缓冲层的器件相比,引入薄的PbI_2薄膜后900 nm处器件的外量子效率(EQE)从10.5%增加到26.7%,比探测率从1.6×10~(11) Jones增加到9.96×10~(11) Jones。探测器性能的提升一方面是由于PbI_2的加入提高了器件的光生空穴的收集效率,另一方面是由于PbI_2的模板作用,诱导PbPc薄膜沿三斜相方向优先生长,增强了对近红外光的光吸收和光电响应。进一步研究表明,器件空穴收集是通过PbI_2/DBP界面的电荷复合机制。同样地,PbI_2可以作为太阳能电池的阳极缓冲层。加入PbI_2后,基于DBP/C_(70)光活性层的太阳能电池的光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)和稳定性均得到显著提高。其次,研究了电荷陷阱对基于PbPc/C_(60)的平面异质结近红外光探测器性能的影响。研究表明光电导型和陷阱辅助载流子隧穿注入型光电倍增效果,都是通过电荷陷阱对光生载流子的捕获、积累作用,打破了器件内部的电中性平衡来实现的。通过优化器件结构,可获得EQE超过10,000%的近红外光探测器。3.高效非掺杂全有机近红外光到可见光上转换发光器件的研制。将光电倍增型NIR-OPD与高效非掺杂TADF-OLED集成构筑上转换发光器件,实现了性能优异的近红外光-可见光上转换发光。在0.052 mW/cm~2 808 nm近红外光照下,器件的光子对光子的上转换效率高达256%,使基于光电探测器/LED结构的上转换发光器件的上转换效率首次突破100%。同时器件的光功率转换效率高达398%。研究表明,器件的高上转换效率主要归因于NIR-OPD单元的光电倍增机制,即近红外光探测单元高达1.95×10~4%的光电转换效率。在此基础上制备了大面积上转换成像器件,获得了能够直接被裸眼和数码相机捕捉的可见光影像,同时器件具有高响应速度、高对比度和高分辨率的优点。
【图文】：

电致发光器件,三明治

光二极管发光（electroluminescence，EL）最早始于 1963 年约 400 V 偏压时观察到的电致发光现象[3]。1970 年蒽单晶两侧封装电极，首次制备出了有机发光器件空蒸发制备了非晶蒽薄膜器件，在暗室中于 12 V 偏光照的室内于 30 V 偏压下观察到清晰可见的 EL 现的效率及超高的驱动电压，没有引起科研人员广泛对步的发展。. W. Tang 等人采用如图 1.1 所示三明治结构，使有 1%、功率效率达到 1.5 lm/W，在低于 10 V 的驱动d/m2[6]。低电压、高亮度、高效率有机电致发光性能研究的序幕。

激基复合物,发光性能,课题组,激子

第 1 章绪论率效率分别为(87±7)%、(19.0±1.0)%、(60±5) lm/W 的高效 EL 性能，实现了内量子效率接近 100%的高效 OLED 发光性能[9]。2009 年 C. Adachi 课题组在六种 Sn4+-Porphyrin 配合物中首次观察到电激发下的 TADF 现象，提出了可利用 TADF 效应实现高效荧光发射的设计思路[10]。2012 年该课题组利用 m-MTDATA 和 3TPYMB 分别作为电子给体和受体，在给/受体界面形成激基复合物，通过低能三线态激子向高能单线态激子间 86.5%的反向系间窜越效率（reverse intersystem crossing，，RISC）实现了 EQE 高达 5.4%的激基复合物 OLED 发光性能[11]，其性能如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN215;TN15

【相似文献】