激子型和电荷转移型有机发光器件中的自旋混合过程

发布时间：2017-09-16 05:42

  本文关键词：激子型和电荷转移型有机发光器件中的自旋混合过程

  更多相关文章： 有机发光二极管 磁效应 反系间窜越 三重态-电荷反应 电荷转移态

【摘要】：有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLEDs)因具备成本低廉,易制造和轻薄性等特点,使其在显示和照明行业上有着极为宽广的运用前景。尽管对OLED的研发已历经二十余载,但是其大规模实用化还存在一些难题,如器件寿命不长、发光效率低下等。而最近,利用热致延迟荧光(TADF)材料的反系间窜越过程(RISC)来提高器件的发光效率已成为一大研究热点。到目前为止,大部分TADF都来自于小分子材料,并且需要掺杂形成空间分离的给体(D)和受体(A)部分,由于掺杂浓度难以得到最优的重复性,这给工业化制造带来了极大困难。本文利用两种不同性质基团形成的结构为D-?-A型共聚物来实现TADF过程,该方法的优点在于无需掺杂即可包含两种不同的激发发射态:局域的激子(LE)态和非局域的电荷转移(CT)态。本工作的主要目的就是通过该材料的共存特性,来研究LE和CT态中单重态(S)与三重态(T)之间的自旋混合过程。然而,事实上OLED中的自旋混合难以被实验直接观测到,而有机磁效应(外加磁场可以改变器件的发光强度和传导电流大小)可作为一种探究器件内部某些微观过程的有效工具,用于揭示有机半导体中自旋相关的电荷输运和激子行为等微观过程,例如单重态与三重态间的相互转化、激子间的淬灭和三重态-电荷反应等。本文以磁场效应为手段,结合电致、光致和瞬态光谱,详细分析了影响器件中S与T相互转化的因素,并成功通过CT态的RISC过程提高了有机半导体器件的发光效率。其具体内容主要分为如下几方面:(1)首先扼要介绍了常规有机半导体光电器件的特点及运用前景,并说明了OLEDs的研究背景和当前发光效率低下的难题,从而为后续提出新的方法提高器件外量子效率做出了铺垫。第二章则主要讲述了OLEDs的制备和测量方法。(2)由PFO(D)和MEH-PPV(A)合成新的共聚物材料PFOPV,并通过由密度泛函理论计算的分子几何结构,三种(PFO、MEH-PPV、PFOPV)材料的吸收光谱和时间分辨的光致衰减光谱以及溶剂化效应,证明了PFOPV中的确存在LE和CT两种激发发射态。(3)制备了基于PFOPV、MEH-PPV和PFO的聚合物发光器件,并以发光和电流的磁场效应为手段研究了LE和CT两种发光过程的微观差异。实验发现:对于PFOPV器件,磁电致发光(MEL)可正可负,其正负性与器件的测量温度、偏压和载流子注入平衡程度有关。而对于MEH-PPV和PFO器件,其MEL始终为正值。分析表明器件磁效应的这些差异是由超精细相互作用诱导的系间窜越和反系间窜越作用共同引起的。本研究工作证明了电荷转移态对利用三重态提高荧光器件的发光效率具有重要的参考价值。(4)制备了不加电子传输程的纯PFOPV聚合物发光器件,并测量了器件在不同偏压和工作温度下电流的磁场效应(MC)和电致发光光谱。实验发现,通过改变器件中激子态和CT态的相对比例,可以达到对MC低场(40 mT)和高场(40 mT)正负效应的有效调控。即当器件中CT态的相对比例较高时,MC的低场和高场均表现出明显的负磁电导效应,反之,则表现出正磁电导效应。采用经验公式对实验曲线进行定量分析表明,MC低场的正负效应可用系间窜越和反系间窜越过程来进行解释,而MC高场的正负转变则可归结为不同三重态与电荷相互作用的结果。本研究工作证明了三重态-电荷的反应方式对三重态中电子-空穴的间隔距离有强烈的依赖关系,同时为有机磁电导效应的有效调控提供了一条新的重要途径。并成功通过调节器件中载流子注入的平衡程度来抑制三重态-电荷反应(TCA)过程,从而提高器件的发光效率。
【关键词】：有机发光二极管 磁效应 反系间窜越 三重态-电荷反应 电荷转移态
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN383.1
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 有机电子学概况11
• 1.2 有机光电器件11-13
• 1.3 有机磁场效应（OMFE）介绍13-15
• 1.4 本论文的选题意义和创新点15-16
• 参考文献16-18
• 第二章 OLED的制备与磁场效应的测量18-25
• 2.1 有机光电器件的制备18-21
• 2.1.1 基片清洗与前期处理18-19
• 2.1.2 小分子真空成膜19-20
• 2.1.3 高分子成膜?旋涂20-21
• 2.2 有机发光二极管光电性能的表征及OMFE的测量21-24
• 2.2.1 OLEDs光电性能的表征21-22
• 2.2.2 OMFE的测量22-24
• 参考文献24-25
• 第三章 利用有机磁场效应探究聚合物发光器件中单重态与三重态之间的自旋混合过程25-40
• 3.1 引言25-27
• 3.2 器件的制备与测量27-28
• 3.2.1 材料使用27
• 3.2.2 器件制备27
• 3.2.3 器件光电性质及其磁场效应的测量27-28
• 3.3 PFOPV分子中CT态的形成28-30
• 3.4 聚合物发光器件的实验测量结果30-34
• 3.4.1 CT态的形成对器件磁电致发光的影响30-31
• 3.4.2 室温下，，电荷注入的平衡程度对器件发光及其磁效应的影响31-32
• 3.4.3 温度和偏压对器件Ⅲ的MFE的影响32-33
• 3.4.4 器件Ⅲ在不同工作温度和偏压下的EL谱33-34
• 3.5 分析与讨论34-37
• 3.6 本章小结37-38
• 参考文献38-40
• 第四章 激子型和电荷转移型有机发光器件中的三重态-电荷反应过程40-53
• 4.1 引言40-42
• 4.2 器件制备与测量42
• 4.2.1 材料使用42
• 4.2.2 器件制备42
• 4.2.3 器件光电性质及其磁场效应的测量42
• 4.3 结果与讨论42-50
• 4.3.1 PFOPV分子内激发态相关的微观过程与相应的OMC效应42-45
• 4.3.2 器件磁效应的测量结果与分析45-49
• 4.3.3 提高PFOPV器件的发光效率49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 参考文献51-53
• 第五章 展望53-54
• 攻读硕士学位期间的科研情况54-56
• 致谢56

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