掺杂聚合物电致发光中的能量与电荷传输

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掺杂有机电致发光研究自Tang第一次报道以来,已成为有效改善OLED和PLED性能(发光效率、延长器件寿命、改变发光颜色,窄化光谱以及偏振发光)的主要方法之一,对于共轭聚合物来讲,掺杂技术己开启了优化光电器件的新道路。但到目前,对掺杂聚合物体系的研究,包括各组分间载流子注入、激子复合、能量传递以及薄膜材料相分离等还有许多待定因素。本文结合掺杂体系的研究热点,将荧光小分子,磷光材料(ir(ppy)3)、稀土配合物和纳米材料掺入聚合物中,着重研究了掺杂对有机体系中分子内,分子外能量传递和电荷传输的影响,并利用其规律分别合成和制备了在发光颜色、亮度和效率上有所提高的材料和器件。 第一章对有机聚合物半导体材料以及有机电致发光的发展,原理及存在的问题作了简单总结。第二章概述了掺杂聚合物体系电致发光的优势,特点以及掺杂体系中的能量传递原理。 第三章以荧光掺杂体系作为研究对象,结合原子力显微镜(AFM)对掺杂体系薄膜形貌和相区的观察,尝试将薄膜形态与各组分的相互作用以及对器件光电性质联系起来。发现在多组分掺杂体系中,由于组分间的相互作用,薄膜形貌不随掺杂浓度呈线性变化规律,从而影响了掺杂体系的能量传递,电荷传输。另外利用能量的级联传递提高了掺杂体系的能量传递效率,得到了纯色发光。在荧光掺杂体系中引入纳米材料,提高发光性能。同时分析了掺杂体系发光变化与体系介电常数的关系。 第四章以磷光掺杂体系为研究对象,将TiO2纳米管引入PVK:Ir(ppy)3中,由于纳米管的加入使聚合物形态改变增加了PVK:Ir(ppy)3的能量传递效率,同时改善器件的电荷传输能力提高了器件发光效率。在我们在研究该体系的发光光谱时,发现PVK:Ir(ppy)3与荧光染料DCJTB掺杂体系有不同规律。通过将高介电常数的纳米材料引入掺杂荧光、磷光有机材料中,改变掺杂体系基质材料的介电常数,发现周围环境极性的改变对不同结构对称性的荧光和磷光材料影响不同。 第五章以稀土配合物掺杂体系作为对象,从相同配体的Eu和Tb配合物的光电性质差异入手,分析了影响发光性质的原因。制备了两种离子共存的共沉淀配合物掺杂体系,将第二种离子Tb3+引入配合物,分别用荧光光谱及瞬态光谱证明在共沉淀配合物中存在从Tb3+到Eu3+的能量传递,由此提高了Eu3+红光发光性能。另外,针对配体相同的Eu和Tb配合物不同的光电性质,以及在Eu配合物电致发光中出现的发光红移的光物理现象做了进一步分析,提出在掺杂体系中,电荷交叉跃迁(electroplex)产生的条件与给体-受体的能量传递情况有密切关系。 在第六章着重讨论了无机材料对有机电致发光器件电荷传输上的影响。首先将低温生成法制备的ZnO纳米棒掺入有机电致发光器件的空穴缓冲层(PEDOT)中,得到了高亮度和效率的器件。通过对光致发光和拉曼光谱的测量,发现PEDOT和ZnO纳米棒之间存在某种相互作用,这种相互的作用能够减少PEDOT和MEH-PPV相互作用而产生的缺陷态,从而提高了器件的效率。另外对于LiF对有机电致发光器件的作用,通过特殊的器件设计,利用不同电荷传输材料会使发光复合区的移动作为探针,证明了在LiF薄层插入有机层界面后,起的是增加电子注入而阻挡空穴的作用。针对这一特点,考虑材料间能级匹配及电荷迁移率,将1nmLiF层加入MEH-PPV和Alq3层中间,其电致发光器件亮度比没有加之前增大了一个数量级。
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