基于Rubrene分子的有機發(fā)光器件中的磁效應研究.pdf

1、近年來，有機半導體電子器件因其材料種類豐富、易于加工、柔性器件等特性，使其在能源、照明和電子電路器件等領(lǐng)域前景廣闊，受到廣泛關(guān)注。在眾多有機光電子材料中，紅熒烯(Rubrene)分子因其獨特的動力學特性備受重視，被廣泛地用于有機發(fā)光二極管（OLED）、有機場效應管和有機太陽能電池（OPV）等有機半導體器件的制備。在研究有機半導體的眾多方法和實驗手段中，有機磁效應這一工具占據(jù)了特殊的地位，能夠有效地反映出有機半導體內(nèi)部微觀粒子的相互作用，

2、已經(jīng)開始用于研究Rubrene器件的特性，并取得了一定的成果。但是有機半導體器件的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，內(nèi)部微觀機制更是復雜多樣，至今仍有許多關(guān)鍵問題尚不清晰，比如分子堆積情況對激發(fā)態(tài)擴散的作用以及基于Rubrene的半帶隙開啟電壓OLED的根本機制等。因此有必要對Rubrene OLED器件中激發(fā)態(tài)的微觀動力學過程，進行進一步地詳盡地分析。
　　本論文利用 Rubrene制作不同結(jié)構(gòu)的有機半導體器件，以磁場效應為研究手段，測量其在不同溫

3、度和偏壓下的發(fā)光隨磁場的變化，通過對 OLED器件的發(fā)光與外加磁場的關(guān)聯(lián)性進行定性分析和半定量的分析，來探究器件中激子注入與演化過程，從而確定不同器件結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對器件性能的影響。希望對這些微觀機制的進一步認識能夠為改進有機半導體器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高光電轉(zhuǎn)化效率提供一定的建議。
　　本論文的主要內(nèi)容包括以下幾個部分：
　　第一章首先介紹有機半導體的一些基礎(chǔ)知識，如有機發(fā)光二極管和有機太陽能電池的基本機理和器件結(jié)構(gòu)，主要闡釋

4、電荷的注入、抽取方式以及激發(fā)態(tài)在器件中的基本演化過程；其次，介紹Rubrene分子激發(fā)態(tài)的能級特征，重點介紹Rubrene分子具有的單重態(tài)激子分裂和三重態(tài)激子復合的基本理論，以及這兩種特性在OLED和OPV中的作用；然后，詳細介紹Rubrene分子堆積中的π-π共軛結(jié)構(gòu)對激發(fā)態(tài)擴散的作用，由此引出Rubrene有機層微觀結(jié)構(gòu)對OLED器件中激子演化過程的影響。
　　第二章主要介紹了有機發(fā)光二極管的制備以及測量所需的儀器設(shè)備和方法步

5、驟。
　　第三章介紹了Rubrene層厚度不同的常規(guī)OLED器件，其器件結(jié)構(gòu)為ITO(120nm)/copper phthalocyanine(CuPc)(15nm)/N,N′-bis(naphthalene-1-y)-N，N′-bis(pheny1)benzidine(NPB)(60nm)/Rubrene(Xnm)/Bathocuproine(BCP)(80-Xnm)/LiF(1nm)/Al(120nm)(X為Rubrene層的

6、厚度)。并在同一注入電流下測量了器件的電致發(fā)光磁效應(Magneto-Electroluminescence，MEL)。這些MEL曲線的高場值隨著純Rubrene薄膜厚度的增加逐漸增大，并在30nm之后趨于飽和。這說明器件中單重態(tài)激子分裂過程的強度與Rubrene厚度有著明顯的依賴關(guān)系。為了進一步探究導致這一現(xiàn)象的微觀機制，還制備了不同Rubrene濃度(100％、50%和20%)的發(fā)光器件，并測量了器件在同一注入電流不同溫度下的MEL

7、曲線。對測量結(jié)果的進行對比分析和數(shù)值擬合表明，本文MEL曲線變化的主要原因是器件中單重態(tài)激子分裂、三重態(tài)激子復合和系間竄越三個過程的共同作用。進一步分析表明，Rubrene分子之間形成的π-π共軛結(jié)構(gòu)在分子堆積中所占的比例是以上三個過程在器件中相對強度改變的主要原因。
　　第四章，利用Rubrene和C60的制備出具有半帶隙開啟電壓功能的雙功能有機半導體器件，其結(jié)構(gòu)為PEDOT:PSS/Rubrene30nm/C6035nm/BC

8、P10nm/LiF/AL(120nm)，測量了器件的基本光電特性及其MEL。通過分析，發(fā)現(xiàn)三重態(tài)激子復合過程對其熒光發(fā)射起著至關(guān)重要的作用，解決了長期以來關(guān)于此類器件的半帶隙開啟電壓特征到底是來源于三重態(tài)激子復合，還是來自于Rubrene與C60界面上的俄歇復合過程的爭端。同時通過對Rubrene和C60共混型器件MEL的分析發(fā)現(xiàn)，此類器件的激子生成存在兩個通道，一個是電子與空穴直接復合發(fā)光，另一個是通過界面上的三重態(tài)激基復合物能量轉(zhuǎn)移