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有机光电器件性能的改进及Exciplex发射研究

颜飞  
【摘要】: 经过数十年的发展有机电子学已经发展出多个分支,由于其诱人的前景有机电子学越来越受到人们的广泛关注。本论文以提高器件等性能为目的,对有机光电子器件(包括有机发光二极管、光伏器件和紫外光探测器)的器件物理进行了研究,并在此基础上认识到界面的重要性,因此进一步对有机器件界面存在的若干问题进行了深入研究。 由于近红外光在数据存储、光纤通讯等领域以及军事领域的重要应用价值,尤其在通信中的聚合物光纤与无机材料的兼容性问题,使得发展近红外有机光电器件显得颇具意义。现在已报道的近红外发射的OLED材料多是三价稀土离子配合物,但是在电致情况下效率比较低,为此如何获得强的近红外电致发光变得很重要。C. H. Chen等人和K. Leo等人先后报道了金属酞菁化合物的在近红外电致发光现象,而且发射波长随着中心金属离子的改变而改变,但是其发光强度和效率太低。为解决该问题,选取廉价的CuPc作为近红外发射材料,针对CuPc在620 nm的吸收峰,采用发射峰在620 nm附近的高效率的红色磷光材料铱配合物[Ir(piq)2acac]敏化CuPc的方法来提高其近红外发射。将CuPc和Ir(piq)2acac共掺于基质材料CBP中,CuPc的电致发光其强度得到了大幅度提高,同时Ir(piq)2acac的磷光寿命从CBP:Ir(piq)2acac(10%)薄膜的中1.2μS,缩短为0.8μS左右,亮度也从超过10000cd/m2、效率10.17cd/A,减弱为仅肉眼可见。从能级角度分析,电激发下产生的激子几乎都通过F?rster和Dexter能量传递过程传递给CuPc分子。 鉴于近红外发射的OLED材料较少,而根据Exciplex-激基复合物形成的条件,其发射波长调节相对容易,因此希望通过材料遴选得到近红外发射的激基复合物。另外稀土配合物作为重要的一类有机发光材料目前已多有报道,但是其电致发光器件中的效率一般比较低,因此与之接触的空穴传输材料的发光效率也要求很低,一般采用的是TPD。但是TPD和稀土配合物之间极易形成宽谱带的激基复合物发射,从而对器件的效率造成影响。本研究组早期对稀土配合物在电激发下的激基复合物发射有了较深入的研究。本论文在之前的研究基础上,以m-MTDATA和β-二酮类稀土配合物分别为电子给体和电子受体材料研究了激基复合物发射现象。随着第一配体的共轭程度的增大(Gd(DNM)3﹥Gd(DBM)3﹥Gd(ACAC)3),激基复合物的发射光谱逐渐红移;当引入第二配体Bphen后,激基复合物光发射谱相比仅有第一配体的情况明显蓝移。通过UPS和吸收光谱测量发现随着共轭程度的增大,受体分子带隙逐渐减小,LUMO轨道能级下移;引入第二配体后,分子带隙基本没有变化,但是轨道能级向低能方向移动。在结构为在m-MTDATA/Gd(DNM)3的器件中得到峰值波长最长为702 nm的激基复合物发射。另外,发现在同一体系中,如m-MTDATA/Gd(DBM)3Bphen,电致发光中激基复合物发射光谱半高宽要明显宽于光致发光中的情况,原因可能是由于极化子与激子的相互作用导致电致情况下的激基复合物发射光谱较光致下明显加宽。 OLED的发展带动了其他有机电子学相关专业的发展,比如基于光伏效应的有机紫外探测器(OPD),但是目前报道OPD多是针对紫外UV-A波段,波长响应延伸到了可见区,而且全是单波长探测器。本论文采用的m-MTDATA和的TPBi分别作为电子给体和电子受体制作了高性能的平面异质结结构的紫外光伏器件。在此基础上,发现m-MTDATA的吸收峰值在350 nm,光电响应谱峰值在370 nm附近;TPBi的吸收峰值在315 nm,光电响应谱峰值在330 nm附近。考虑到ITO玻璃的透过率在300之前全部为零,而Mg/Ag复合电极Mg/Ag在330nm有高透过率,因此以ITO玻璃为阳极,Mg/Ag为阴极,m-MTDATA为电子给体材料,TPBi为电子受体材料,设计制作了具有双波长探测功能的平面异质结结构紫外光探测器。阳极一侧的光电响应峰值波长在370 nm,源于m-MTDATA的吸收;阴极一侧光电响应峰值波长在330 nm,源于TPBi的吸收。因此选用365 nm和330nm的紫外光作为探测光源,发现在1.0 mW/cm2的365 nm和330nm紫外光辐照下,器件的灵敏度分别达到75.2 mA/W和22.5 mA/W。


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