可溶液加工的有机光电材料及器件研究

发布时间：2017-12-29 12:21

  本文关键词：可溶液加工的有机光电材料及器件研究　出处：《北京科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：近年来,可溶液法加工的有机光电材料及器件得到了学术界和商业界的广泛关注。主要是由于其具有成本低廉、工艺简单、材料多样、力学柔性及易十大面积制备等特点。其中具备光电转换功能的器件更是备受关注,尤其是将电能转换为光能的有机电致发光二极管(OLED)和将光能转换为电能的有机太阳能电池(OSC)得到了更加广泛的研究。在过去的几十年里,有机电致发光二极管的发光效率得到了显著的提高,特别是利用真空蒸镀成膜技术制备的器件其内量子效率已经能够达到100%。有机太阳能电池的研究在近几年也取得了巨大的进步,光电转换效率已突破10%。虽然OLED和OSC技术已经取得了很大的进步,但是其在很多方面还存在可以改进和必须优化的地方。对于OLED而言其红光和绿光器件发展已经比较成熟,但是对于蓝光器件的发展还远远不足。对于OSC而言,与无机太阳能电池相比,其转化效率仍然偏低。同时对于溶液法制备的OLED和OSC器件而言,器件的寿命普遍较短,离商业化应用还有很大的距离。针对以上问题,本论文主要是就溶液法制备的蓝光OLED的效率和OSC的寿命这两个方向进行深入的研究和讨论。1.通过将给电子基团(咔言和三苯氨)引入到四苯基锗核心上,设计了两种新型空穴传输型主体材料DTPAGe和DCzGe。这是首次提出以四苯基锗作为核心基团的主体材料,并且最终设计的新材料表现出更宽的禁带宽度、更高的热稳定性和更好的溶解性等特点。之后利用这种新型的锗基主体材料,在溶液加工的条件下制备蓝色磷光OLED器件,通过优化器件结构最终得到最优的器件性能为最大亮度(Lmax)10000 cd m-2,最大电流效率(CEmax) 15.2cd A-1和最大外量子效率(EQEmax) 6.9%。实验发现基于锗基材料的器件相比于具有相似结构的硅基材料具有更高的效率,并且表现出非常低的效率滚降。这表明四苯基锗非常适合作为核心结构来设计合成具有可溶液加工特性的宽带隙、高效率新型主体材料。2.实验中设计了一种具有新型哑铃状结构的客体(磷光)材料Cz-C8-Flrpic,设计思路是利用烷基链将常用的磷光材料Flrpic和功能性基团9-苯基-9H-咔唑连接起来。设计此种结构主要是由于在OLED器件工作过程中会产生一定的焦耳热,如果磷光客体材料和主体材料兼容性不好,在焦耳热的作用下主客体材料容易出现相分离,这样会加剧磷光客体材料的聚集,从而降低器件效率。我们希望通过此种结构减少磷光材料的聚集以提高器件效率。我们利用AFM,STEM-EDS,瞬态光致发光衰减曲线和分子动力学模拟研究了Cz-C8-Flrpic及其参比物Flrpic各自形成的发光层,结果显示带烷基链的9-苯基-9H-咔畔基团的引入确实可以有效的阻碍磷光基团Flrpic的聚集。最后,通过优化器件制备工艺,利用溶液法制备的蓝光OLED最大亮度、最大外量子效率和最大电流效率分别达到25142 cd m-2、8.5%和22.5 cd A-1,这与基于Flrpic的参照器件相比效率提高了15%左右。表明这种哑铃状的结构确实可以有效的阻碍磷光材料在混合主体材料中的相分离和聚集,从而减少聚集淬灭以得到具有更高的电致发光效率。3.首次利用化学燃烧反应通过溶液加工的方法在较低退火温度下制备三氧化钼薄膜,并作为有机太阳能电池的空穴收集层以提高器件的寿命。在化学燃烧法中以钼酸铵作为钼源,乙酰丙酮(AcAc)作为燃烧剂,HN03作为氧化剂,利用燃烧剂和还原剂发生氧化还原反应放出的热量,大幅的降低了钼酸铵分解为三氧化钼的退火温度。最终实现了在较低的退火温度下获得和PEDOT:PSS具有相似载流子传输性能的三氧化钼薄膜。以其作为空穴收集层的有机太阳能电池,器件寿命得到了大幅提高。这表明利用化学燃烧法可以在较低退火温度下简便、快捷、有效的制备高质量的氧化钼空穴收集层。此方法有望应用于辊对辊技术制备长寿命的柔性有机太阳能电池。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN383.1;TM914.4
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本文编号：1350287