基于有機(jī)半導(dǎo)體材料和有機(jī)薄膜光電子器件的有機(jī)光電子學(xué)在近二十年間取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。有機(jī)半導(dǎo)體材料相比于無機(jī)半導(dǎo)體材料具有很大的優(yōu)勢(shì)。主要包括其制備工藝的多樣化、材料選擇的廣泛性以及與大面積生產(chǎn)制備工藝的兼容性。因此,基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)薄膜光電子器件在平板顯示、射頻標(biāo)簽識(shí)別、紫外探測(cè)器、氣體傳感器和電子紙等方面都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前,有機(jī)薄膜光電子器件主要分為三大類,包括有機(jī)電致發(fā)光器件(Organic light-emitting device,簡稱OLED)、有機(jī)薄膜晶體管器件(Organic thin film transistor,簡稱OTFT)和有機(jī)太陽能電池器件(Organic solar cell,簡稱OSC),而借鑒OSC器件的原理,還可以制備從紫外到近紅外波段探測(cè)能力的有機(jī)光探測(cè)器件(Organic photodetector,簡稱OPD)。對(duì)這三類有機(jī)光電子器件的研究已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。其中,載流子的注入和傳輸對(duì)改善器件的性能起著很關(guān)鍵的作用,良好的載流子注入與傳輸效率能保證有機(jī)光電子器件較高的工作性能。因此,研究載流子的注入與傳輸對(duì)有機(jī)光電子器件性能的影響、理解與優(yōu)化有機(jī)光電子器件的結(jié)構(gòu)以及提升有機(jī)光電子器件的性能都有著非常重要的意義。本論文以這三類有機(jī)光電子器件為研究主題,針對(duì)有機(jī)光電子器件中空穴注入與傳輸?shù)膯栴},通過空穴傳輸材料的選擇、器件結(jié)構(gòu)的調(diào)整及優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)光電子器件性能的提升。本論文的研究工作主要包括以下四個(gè)方面:1.研究了基于不同空穴傳輸層的高穩(wěn)定性的純白光OLED器件。制備了高穩(wěn)定性的基于單一非摻雜發(fā)光層(Emitting layer,簡稱EML)的純白光OLED器件。采用4-aryloxy-1,8-naphthalimide的衍生物FluONI作為非摻雜藍(lán)光EML,結(jié)合在電子供體/FluONI的界面形成的橙色發(fā)光的激基復(fù)合物,得到了穩(wěn)定的純白光OLED器件。為了調(diào)控激基復(fù)合物發(fā)光帶和空穴注入勢(shì)壘,三種含氮基團(tuán)的最高占有分子軌道(Highest occupied molecular orbital,簡稱HOMO)能級(jí)遞增的材料被引入作為電子供體型空穴傳輸材料。通過采用具有相對(duì)較深HOMO能級(jí)的N,N′-diphenyl-N,N′-bis(1-naphthyl)-1,1′-biphenyl-4,4″-diamine(NPB)作為空穴傳輸層(Hole transport layer,簡稱HTL)和優(yōu)化EML層的厚度至30 nm,制備得到了Commission Internationale de 1′Eclairage(CIE)坐標(biāo)值為(0.33,0.33)的標(biāo)準(zhǔn)白光OLED器件。同時(shí),在100 cd/m~2到4000 cd/m~2的亮度范圍內(nèi),OLED器件的CIE坐標(biāo)漂移僅為(0.01,0.01),說明器件的色穩(wěn)定性非常好。通過系統(tǒng)性地分析電致發(fā)光光譜,OLED器件純白色的發(fā)光受益于FluONI和激基復(fù)合物的寬的發(fā)光譜。同時(shí),器件在不同驅(qū)動(dòng)電壓下的高穩(wěn)定性的純白發(fā)光則歸因于FluONI的本征發(fā)光和激基復(fù)合物發(fā)光間的持續(xù)性的平衡狀態(tài)。2.研究了不同空穴傳輸層對(duì)并五苯有機(jī)薄膜晶體管器件性能的影響。研究了基于P型有機(jī)半導(dǎo)體材料并五苯的OTFT器件中,HTL對(duì)器件性能的影響。分別采用subphthalocyanine chloride(SubPc)、triphenyldiamine derivative(TPD)和4,4?,4??-tris[3-methylphenyl(phenyl)amino]triphenylamine(m-MTDATA)三種空穴傳輸材料作為頂接觸型OTFT器件中的空穴傳輸層,研究了空穴傳輸層對(duì)器件的飽和電流、載流子遷移率、閾值電壓以及開關(guān)電流比等電學(xué)性能參數(shù)的影響,并對(duì)其空穴傳輸?shù)臋C(jī)理進(jìn)行了理論分析。同時(shí),對(duì)不同空穴傳輸材料的最佳厚度分別進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明,SubPc的最佳優(yōu)化厚度為3 nm,TPD的最佳優(yōu)化厚度為2 nm,m-MTDATA的最佳優(yōu)化厚度為2 nm。同時(shí),當(dāng)采用m-MTDAT作為空穴傳輸層且采用其最有厚度制備器件時(shí),器件的性能達(dá)到最優(yōu),載流子遷移率可達(dá)0.67 cm~2/Vs。3.研究了不同空穴傳輸層對(duì)有機(jī)薄膜太陽能電池性能的影響。研究了不同有機(jī)空穴注入類材料作為空穴傳輸層對(duì)OSC器件性能的影響。分別采用五種小分子材料:NPB、MoO_3、4,4?,4??-tris(carbazol-9-yl)triphenylamine(TCTA)、4,4?-cyclohexylidenebis[N,N-bis(p-tolyl)aniline](TAPC)和m-MTDATA作為HTL,研究了其對(duì)基于poly(3-hexylthiophene)(P3HT):PCBM體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物太陽能電池性能的影響。采用NPB作為HTL時(shí),器件的性能得到了最大幅度的提升。研究表明,器件性能得到提高的原因是,NPB層不僅可以提高器件的空穴遷移率,也可以使活性層和陽極間形成良好的歐姆接觸,從而顯著地提高了器件的性能。同時(shí),如果將NPB層蒸鍍于MoO_3層之上,還可以使器件的效率進(jìn)一步得到提高至2.96%。這是因?yàn)镠TL的能級(jí)的優(yōu)化和MoO_3表面的氧陷阱的減少。4.研究了雙陽極緩沖層對(duì)紫外探測(cè)與電致發(fā)光一體化器件性能的影響。研究了poly(3,4-ethylenedioxythiophene)polystyrene sulfonate(PEDOT:PSS)和MoO_3雙陽極緩沖層對(duì)基于CzPhONI作為活性層的紫外探測(cè)與電致發(fā)光一體化器件性能的影響。該一體化器件既能在反向偏壓下實(shí)現(xiàn)紫外探測(cè),也可以在正向偏壓下實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。當(dāng)引入雙陽極緩沖層后,一方面在紫外探測(cè)模式下提升了空穴在陽極和活性層界面處的提取效率,使基于雙陽極緩沖層的器件在-2 V的探測(cè)率為5.4×10~(10) Jones,相比于沒有雙陽極緩沖層的器件,探測(cè)率有了4.2倍的提升;另一方面,在電致發(fā)光模式下,通過降低陽極和活性層的能級(jí)差,提升了空穴在陽極和活性層界面處的注入效率,使基于雙陽極緩沖層的器件獲得了1107 cd/m~2的亮度峰值,相比于沒有陽極緩沖層的器件,提升了1.6倍。綜上所述,本工作系統(tǒng)性地研究了空穴的注入和傳輸對(duì)有機(jī)光電子器件性能的影響,為空穴傳輸層在有機(jī)光電子器件中的理論研究和實(shí)際應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN383.1
【部分圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域則一直處于全球領(lǐng)先的水平。我國的長虹、華星光電、華為東方等企業(yè)在光電領(lǐng)域也取得了傲人的成績，與國際領(lǐng)先的水平是不相上下的.2 有機(jī)電致發(fā)光器件發(fā)展及現(xiàn)狀.2.1 歷史背景和研究現(xiàn)狀OLED 產(chǎn)品早已充斥在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域。Samsung 已經(jīng)推出了 85 英寸MOLED 曲面顯示電視。而智能手表、智能手機(jī)以及各種便攜式設(shè)備的顯示屏已可見 OLED 的身影，如圖 1-1 所示。有機(jī)半導(dǎo)體材料的電致發(fā)光過程和基的 OLED 發(fā)光原型器件的研究早在 20 世紀(jì) 60 年代就開展了，在 400 V 的高動(dòng)下，研究者首次發(fā)現(xiàn)了有機(jī)半導(dǎo)體小分子單晶蒽的電致發(fā)光效應(yīng)[17]。始于此電致發(fā)光器件的研究取得了一次又一次具有歷史意義的突破。

4圖 1-2 OLED 在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求分析綜上，目前為止，OLED 顯示器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于涉及智能手表等穿戴式設(shè)備數(shù)碼相機(jī)和智能手機(jī)等小型顯示設(shè)備的領(lǐng)域。同時(shí)，也在大尺寸顯示器和電視中實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。其輕薄和柔性的特點(diǎn)契合了未來生活的高品質(zhì)追求。Dispearch 對(duì) OLED 在近 10 年間各領(lǐng)域的需求進(jìn)行的分析表明，智能手機(jī)的顯示屏

圖 1-3 NREL 發(fā)布的太陽能電池的效率研究進(jìn)展圖1.4.2 存在的問題及展望近年來，有機(jī)薄膜太陽能電池已經(jīng)取得了傲人的研究成果，無論是新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，新分子的合成，還是新工藝的引入，都讓我們看到了 OSC 領(lǐng)域蒸蒸日上的研究勢(shì)頭。然而，仍有許多方面制約了其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。例如，其光譜響應(yīng)仍不能覆蓋全波段，導(dǎo)致其光利用率不能理想化，雖然鈣鈦礦的效率非常高，但是其穩(wěn)定性是其較受關(guān)注的一大弱點(diǎn)。在今后的研究工作中，主要從以下幾個(gè)方面作為切入點(diǎn)：1. 突破常規(guī)結(jié)構(gòu)的限制，開發(fā)新的薄膜構(gòu)架。例如褶皺型表面形態(tài)和線性、點(diǎn)型甚至是納米型的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的研發(fā)。本論文將著重研究空穴傳輸層對(duì) OSC 的性能影響。2. 新工藝的摸索。例如，包括溶劑退火和熱退火等薄膜形貌處理工藝以及溶劑添加劑和結(jié)晶助劑的添加，來改善薄膜的形貌。3. 新材料的研發(fā)。研發(fā)不同的功能材料，無論是光活性材料亦或是電荷傳輸

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本文編號(hào)：2834912