基于Rubrene分子的有機(jī)發(fā)光器件中的磁效應(yīng)研究.pdf

1、近年來(lái)，有機(jī)半導(dǎo)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(jī)光電子材料中，紅熒烯(Rubrene)分子因其獨(dú)特的動(dòng)力學(xué)特性備受重視，被廣泛地用于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管和有機(jī)太陽(yáng)能電池（OPV）等有機(jī)半導(dǎo)體器件的制備。在研究有機(jī)半導(dǎo)體的眾多方法和實(shí)驗(yàn)手段中，有機(jī)磁效應(yīng)這一工具占據(jù)了特殊的地位，能夠有效地反映出有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)部微觀粒子的相互作用，

2、已經(jīng)開(kāi)始用于研究Rubrene器件的特性，并取得了一定的成果。但是有機(jī)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，內(nèi)部微觀機(jī)制更是復(fù)雜多樣，至今仍有許多關(guān)鍵問(wèn)題尚不清晰，比如分子堆積情況對(duì)激發(fā)態(tài)擴(kuò)散的作用以及基于Rubrene的半帶隙開(kāi)啟電壓OLED的根本機(jī)制等。因此有必要對(duì)Rubrene OLED器件中激發(fā)態(tài)的微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程，進(jìn)行進(jìn)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(jī)半導(dǎo)體器件，以磁場(chǎng)效應(yīng)為研究手段，測(cè)量其在不同溫

3、度和偏壓下的發(fā)光隨磁場(chǎng)的變化，通過(guò)對(duì) OLED器件的發(fā)光與外加磁場(chǎng)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行定性分析和半定量的分析，來(lái)探究器件中激子注入與演化過(guò)程，從而確定不同器件結(jié)構(gòu)和環(huán)境因素對(duì)器件性能的影響。希望對(duì)這些微觀機(jī)制的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)能夠?yàn)楦倪M(jìn)有機(jī)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(gè)部分：
　　第一章首先介紹有機(jī)半導(dǎo)體的一些基礎(chǔ)知識(shí)，如有機(jī)發(fā)光二極管和有機(jī)太陽(yáng)能電池的基本機(jī)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(guò)程；其次，介紹Rubrene分子激發(fā)態(tài)的能級(jí)特征，重點(diǎn)介紹Rubrene分子具有的單重態(tài)激子分裂和三重態(tài)激子復(fù)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(xì)介紹Rubrene分子堆積中的π-π共軛結(jié)構(gòu)對(duì)激發(fā)態(tài)擴(kuò)散的作用，由此引出Rubrene有機(jī)層微觀結(jié)構(gòu)對(duì)OLED器件中激子演化過(guò)程的影響。
　　第二章主要介紹了有機(jī)發(fā)光二極管的制備以及測(cè)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(cè)量了器件的電致發(fā)光磁效應(yīng)(Magneto-Electroluminescence，MEL)。這些MEL曲線的高場(chǎng)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(shuō)明器件中單重態(tài)激子分裂過(guò)程的強(qiáng)度與Rubrene厚度有著明顯的依賴關(guān)系。為了進(jìn)一步探究導(dǎo)致這一現(xiàn)象的微觀機(jī)制，還制備了不同Rubrene濃度(100％、50%和20%)的發(fā)光器件，并測(cè)量了器件在同一注入電流不同溫度下的MEL

7、曲線。對(duì)測(cè)量結(jié)果的進(jìn)行對(duì)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(fù)合和系間竄越三個(gè)過(guò)程的共同作用。進(jìn)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(gè)過(guò)程在器件中相對(duì)強(qiáng)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(kāi)啟電壓功能的雙功能有機(jī)半導(dǎo)體器件，其結(jié)構(gòu)為PEDOT:PSS/Rubrene30nm/C6035nm/BC

8、P10nm/LiF/AL(120nm)，測(cè)量了器件的基本光電特性及其MEL。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)三重態(tài)激子復(fù)合過(guò)程對(duì)其熒光發(fā)射起著至關(guān)重要的作用，解決了長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于此類器件的半帶隙開(kāi)啟電壓特征到底是來(lái)源于三重態(tài)激子復(fù)合，還是來(lái)自于Rubrene與C60界面上的俄歇復(fù)合過(guò)程的爭(zhēng)端。同時(shí)通過(guò)對(duì)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(gè)通道，一個(gè)是電子與空穴直接復(fù)合發(fā)光，另一個(gè)是通過(guò)界面上的三重態(tài)激基復(fù)合物能量轉(zhuǎn)移