本文關鍵詞：仿生蛾眼結構有機光電器件的光調控研究

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【摘要】：有機電致發(fā)光器件(OLED)和有機光伏器件(OSC)為代表的有機功能器件在新型平板顯示、固態(tài)照明、柔性顯示、綠色能源等領域顯示了極為廣闊應用潛力。然而,如何克服傳統(tǒng)平面器件結構的有限光提取或光吸收的固有缺陷,進一步提高OLED耦合出光效率和OSC的光吸收依然面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。通過現(xiàn)代微納光學加工手段在OLED和OSC器件中引入微納結構,實現(xiàn)對光場的有效調控是實現(xiàn)高效器件的行之有效的手段。為了在OLED和OSC中實現(xiàn)寬光譜、廣角的光調控,本文制備了準周期納米仿生蛾眼結構,并通過軟納米壓印光刻技術引入到OLED和OSC器件中,實現(xiàn)了高效器件的制備,主要研究內容包括以下六個方面:本文第一章首先概要介紹OLED和OSC的發(fā)展歷史、工作原理和器件結構,并概括了影響OLED發(fā)光效率和影響OSC光吸收的因素。其次闡述了光調控增強OLED耦合出光和OSC光俘獲的研究背景、進展、現(xiàn)狀和局限性。最后,提出了本文的研究內容和選題意義。本文第二章首先采用銀鏡反應和刻蝕技術制備了硅基準周期仿生納米蛾眼結構。其次通過系統(tǒng)測試和分析,優(yōu)化了影響仿生納米蛾眼形貌的工藝參數(shù)。最后,利用軟納米壓印光刻技術制備了全氟聚醚(PFPE)的正模板和負模板,并對其性能進行了測試表征。本文第三章開展了ITO玻璃基底單色蛾眼OLED器件的制備研究。詳細闡述了納米蛾眼OLED制備過程,并制備了磷光綠光單層、雙疊層及三疊層OLED器件,測試表征了器件電學性能、光譜特性及角度依賴性。在此基礎上,進一步制備藍光和紅光單層蛾眼OLED器件。其中單層綠光雙面納米單層壓印蛾眼OLED器件在1000 cd m-2的亮度下,外量子效率(EQE)達41.1%,出光效率增強比率達246%,三疊層納米蛾眼OLED器件電流效率達366.0 cd A-1,是目前文獻報道的最高效率之一,而且具有廣譜廣角特性。最后采用有限元差分法對光調控OLED器件的電場瞬態(tài)傳輸進行理論分析。本文的第四章開展了ITO玻璃基底倒置仿生蛾眼WOLED的制備研究。首先制備了倒置納米蛾眼與正置納米蛾眼,并對它們的光學、耐刮擦及自清潔等性能進行了表征和研究。制備的倒置蛾眼WOLED器件,功率效率由標準器件的17.53 lm W-1提高至最大值43.50 lm W-1,提升了2.48倍。本文第五章開展了基于柔性Ag網(wǎng)柵電極蛾眼OLED的制備研究。首先制備了嵌入式Ag網(wǎng)柵電極,表征測試了電極的物理形貌、光學特性和電學特性。接著分別制備了大面積柔性綠光和白光蛾眼OLED器件,并進一步引入微透鏡作為光調控手段,其中綠光OLED功率效率達123.5 lm W-1(@1000 cd m-2),白光OLED功率效率高達106.0 lm W-1(@1000 cd m-2),是目前文獻報道的非ITO柔性OLED器件的最高效率之一。最后綜合運用三維蒙特卡洛光線追跡、有限元差分算法和嚴格耦合波算法探究了微納光調控OLED器件的遠場能量、色散關系和近場能流等分布情況,闡釋了光調控的物理機制。本文第六章開展了ITO玻璃基底仿生納米蛾眼OSC器件制備研究。通過壓印Zn O電子傳輸層,制備了活性層材料為PTB7:PC71BM的蛾眼結構OSC器件,在光調控作用下,器件的能量轉換效率提高了18.3%,達9.33%。最后,對本研究課題成果進行了總結,并探討了存在的挑戰(zhàn)及下一步工作方向。
【關鍵詞】：納米壓印 蛾眼 納米結構 光調控 OLED OSC
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-41
• 1.1 引言13-14
• 1.2 有機發(fā)光二極管(OLED)發(fā)展歷程14-24
• 1.2.1 OLED原理14-16
• 1.2.2 OLED結構16-17
• 1.2.3 影響OLED發(fā)光效率的因素17-19
• 1.2.4 光調控增強OLED出光研究現(xiàn)狀19-24
• 1.3 有機光伏電池發(fā)展歷程24-32
• 1.3.1 OSC原理25-26
• 1.3.2 OSC結構26-28
• 1.3.3 影響OSC光吸收的因素28
• 1.3.4 光調控增強OSC光吸收研究現(xiàn)狀28-32
• 1.4 研究內容與選題意義32-35
• 1.4.1 研究內容32-34
• 1.4.2 選題意義34-35
• 參考文獻35-41
• 第二章 仿生蛾眼結構制備與表征41-52
• 2.1 引言41
• 2.2 實驗制備41-43
• 2.3 測試表征43-45
• 2.3.1 退火溫度43-44
• 2.3.2 刻蝕參數(shù)44-45
• 2.4 PFPE模板制備45-49
• 2.4.1 實驗制備45-48
• 2.4.2 表征分析48-49
• 2.5 本章小結49
• 參考文獻49-52
• 第三章 單色ITO玻璃基底OLED52-73
• 3.1 引言52
• 3.2 綠光納米蛾眼OLED制備與表征52-62
• 3.2.1 實驗制備53-55
• 3.2.2 形貌表征55-57
• 3.2.3 性能測試57-61
• 3.2.4 光譜和角度依賴性61-62
• 3.3 藍光單層納米蛾眼OLED制備與表征62-64
• 3.4 紅光單層納米蛾眼OLED制備與表征64-65
• 3.5 光學特性65-66
• 3.6 光學仿真66-68
• 3.7 本章小結68-70
• 參考文獻70-73
• 第四章 倒置蛾眼ITO玻璃基底白光OLED73-93
• 4.1 引言73
• 4.2 白光倒置納米蛾眼OLED制備與表征73-86
• 4.2.1 器件制備74-75
• 4.2.2 形貌表征75-77
• 4.2.3 性能測試77-80
• 4.2.4 光譜角度依賴性及CIE測試80-82
• 4.2.5 光學特性表征82-84
• 4.2.6 耐刮擦及疏水性測試84-86
• 4.3 光學仿真分析86-90
• 4.3.1 偶極子仿真86-87
• 4.3.2 色散和能流87-90
• 4.4 本章小結90-91
• 參考文獻91-93
• 第五章 柔性Ag網(wǎng)柵蛾眼OLED93-131
• 5.1 引言93-95
• 5.2 嵌入式Ag網(wǎng)柵電極制備與表征95-103
• 5.2.1 DMD光刻制備圖形化光掩模板96-97
• 5.2.2 納米壓印制備嵌入式Ag網(wǎng)柵電極97-99
• 5.2.3 光學及導電特性測試表征99-103
• 5.2.4 耐刮擦測試103
• 5.3 綠光柔性納米蛾眼OLED制備與表征103-111
• 5.3.1 器件制備103-104
• 5.3.2 形貌表征104-107
• 5.3.3 性能測試107-110
• 5.3.4 光譜和角度依賴性110
• 5.3.5 耐彎折性110-111
• 5.4 光學仿真分析111-118
• 5.4.1 蒙特卡洛光線追跡112-113
• 5.4.2 導模能量分布仿真113-114
• 5.4.3 色散和能流114-118
• 5.5 白光柔性OLED制備與表征118-124
• 5.5.1 實驗制備118-119
• 5.5.2 性能測試119-121
• 5.5.3 光譜和角度依賴性表征121-124
• 5.6 綠光和白光柔性OLED性能總結124-125
• 5.7 本章小結125-127
• 參考文獻127-131
• 第六章 納米蛾眼結構OSC131-145
• 6.1 引言131-132
• 6.2 PTB7:PC71BM電池制備與表征132-139
• 6.2.1 材料與試劑132
• 6.2.2 納米蜂窩ZnO制備132-133
• 6.2.3 OSC器件制備133-134
• 6.2.4 形貌表征134-136
• 6.2.5 器件測試136-138
• 6.2.6 光學特性138-139
• 6.3 光學仿真分析139-141
• 6.4 本章小結141
• 參考文獻141-145
• 第七章 總結與展望145-148
• 7.1 總結145-146
• 7.2 展望146-148
• 攻讀博士期間科研成果148-150
• 致謝150-151

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