【摘要】：有機(jī)光電器件具有材料豐富易得、重量輕、工藝簡(jiǎn)單、制造成本低廉、可集成在大面積和柔性基板上、光電性能易于調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點(diǎn),日益被人們所重視。本論文從熱活化延遲熒光OLED(thermally activated delayed fluorescence OLED,TADF-OLED)和有機(jī)近紅外光探測(cè)器(organic near-infrared photodetector,NIR-OPD)單元器件入手,在獲得高性能單元器件基礎(chǔ)上構(gòu)筑全有機(jī)近紅外光到可見光上轉(zhuǎn)換發(fā)光器件,主要研究?jī)?nèi)容分為以下三個(gè)部分:1.高效熱活化延遲熒光OLED的研制。首先,研究了不同的電子傳輸層對(duì)非摻雜TADF-OLED器件性能的影響。將DPEPO和Bphen作為電子傳輸層引入到ITO/NPB(30 nm)/2PXZ-OXD(30 nm)/ETL(30 nm)/LiF(1 nm)/Al器件中,研究發(fā)現(xiàn),電子傳輸材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)和載流子遷移率對(duì)器件的發(fā)光性能有很大的影響。采用30 nm Bphen作為電子傳輸層時(shí),在3 V偏壓下器件亮度達(dá)到199 cd/m~2,這一亮度在非摻雜TADF-OLED中是已報(bào)導(dǎo)的最高值之一。在此基礎(chǔ)上,引入CuI作為空穴注入層,器件的空穴注入性能得到改善,發(fā)光層中的載流子更加平衡,在3 V偏壓下器件的發(fā)光亮度高達(dá)1317 cd/m~2,這一數(shù)值是已報(bào)導(dǎo)的非摻雜TADF-OLED的最高值;同時(shí)大電流密度下效率下降的問題得到顯著改善,在1000 cd/m~2發(fā)光亮度時(shí),效率僅下降了3.02%。其次,研究了n型PbI_2陽極緩沖層對(duì)激基復(fù)合物型OLED發(fā)光性能的影響。在基于TCTA:PO-T2T、mCP:PO-T2T激基復(fù)合物的器件中,加入PbI_2緩沖層后,啟亮電壓、功率效率和外量子效率均得到顯著提高。研究表明,n型PbI_2在PbI_2/TCTA界面或PbI_2/mCP界面通過“電荷產(chǎn)生”機(jī)制形成空穴注入,從而降低空穴的注入勢(shì)壘,顯著改善器件性能。2.高效近紅外光探測(cè)器的研制。首先,以PbPc/C_(60)平面異質(zhì)結(jié)(planar heterojunction,PHJ)作為近紅外光活性層,研究了n型PbI_2陽極緩沖層對(duì)近紅外光探測(cè)器性能的影響。與無緩沖層的器件相比,引入薄的PbI_2薄膜后900 nm處器件的外量子效率(EQE)從10.5%增加到26.7%,比探測(cè)率從1.6×10~(11) Jones增加到9.96×10~(11) Jones。探測(cè)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,誘導(dǎo)PbPc薄膜沿三斜相方向優(yōu)先生長(zhǎng),增強(qiáng)了對(duì)近紅外光的光吸收和光電響應(yīng)。進(jìn)一步研究表明,器件空穴收集是通過PbI_2/DBP界面的電荷復(fù)合機(jī)制。同樣地,PbI_2可以作為太陽能電池的陽極緩沖層。加入PbI_2后,基于DBP/C_(70)光活性層的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(power conversion efficiency,PCE)和穩(wěn)定性均得到顯著提高。其次,研究了電荷陷阱對(duì)基于PbPc/C_(60)的平面異質(zhì)結(jié)近紅外光探測(cè)器性能的影響。研究表明光電導(dǎo)型和陷阱輔助載流子隧穿注入型光電倍增效果,都是通過電荷陷阱對(duì)光生載流子的捕獲、積累作用,打破了器件內(nèi)部的電中性平衡來實(shí)現(xiàn)的。通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu),可獲得EQE超過10,000%的近紅外光探測(cè)器。3.高效非摻雜全有機(jī)近紅外光到可見光上轉(zhuǎn)換發(fā)光器件的研制。將光電倍增型NIR-OPD與高效非摻雜TADF-OLED集成構(gòu)筑上轉(zhuǎn)換發(fā)光器件,實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)異的近紅外光-可見光上轉(zhuǎn)換發(fā)光。在0.052 mW/cm~2 808 nm近紅外光照下,器件的光子對(duì)光子的上轉(zhuǎn)換效率高達(dá)256%,使基于光電探測(cè)器/LED結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光器件的上轉(zhuǎn)換效率首次突破100%。同時(shí)器件的光功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)398%。研究表明,器件的高上轉(zhuǎn)換效率主要?dú)w因于NIR-OPD單元的光電倍增機(jī)制,即近紅外光探測(cè)單元高達(dá)1.95×10~4%的光電轉(zhuǎn)換效率。在此基礎(chǔ)上制備了大面積上轉(zhuǎn)換成像器件,獲得了能夠直接被裸眼和數(shù)碼相機(jī)捕捉的可見光影像,同時(shí)器件具有高響應(yīng)速度、高對(duì)比度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)。
【圖文】：

光二極管發(fā)光（electroluminescence，EL）最早始于 1963 年 約 400 V 偏壓時(shí)觀察到的電致發(fā)光現(xiàn)象[3]。1970 年蒽單晶兩側(cè)封裝電極，首次制備出了有機(jī)發(fā)光器件空蒸發(fā)制備了非晶蒽薄膜器件，在暗室中于 12 V 偏光照的室內(nèi)于 30 V 偏壓下觀察到清晰可見的 EL 現(xiàn)的效率及超高的驅(qū)動(dòng)電壓，沒有引起科研人員廣泛對(duì)步的發(fā)展。. W. Tang 等人采用如圖 1.1 所示三明治結(jié)構(gòu)，使有 1%、功率效率達(dá)到 1.5 lm/W，在低于 10 V 的驅(qū)動(dòng)d/m2[6]。低電壓、高亮度、高效率有機(jī)電致發(fā)光性能研究的序幕。

第 1 章 緒論率效率分別為(87±7)%、(19.0±1.0)%、(60±5) lm/W 的高效 EL 性能，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)量子效率接近 100%的高效 OLED 發(fā)光性能[9]。2009 年 C. Adachi 課題組在六種 Sn4+-Porphyrin 配合物中首次觀察到電激發(fā)下的 TADF 現(xiàn)象，提出了可利用 TADF 效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效熒光發(fā)射的設(shè)計(jì)思路[10]。2012 年該課題組利用 m-MTDATA 和 3TPYMB 分別作為電子給體和受體，在給/受體界面形成激基復(fù)合物，通過低能三線態(tài)激子向高能單線態(tài)激子間 86.5%的反向系間竄越效率（reverse intersystem crossing，，RISC）實(shí)現(xiàn)了 EQE 高達(dá) 5.4%的激基復(fù)合物 OLED 發(fā)光性能[11]，其性能如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN215;TN15

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