有機發(fā)光二極管及太陽能電池中的界面調(diào)控

【摘要】：有機電致發(fā)光二極管和太陽能電池是以有機半導(dǎo)體材料為核心的光電轉(zhuǎn)換器件,具有質(zhì)輕、柔性、成本低等優(yōu)點。無論是對于聚合物發(fā)光二極管還是太陽能電池,其體內(nèi)均存在著無機/有機,有機/有機,有機/金屬等各種類型的界面。研究表明,層與層之間的界面在器件的效率和壽命扮演著舉足輕重的作用。本文的研究工作主要是圍繞有機發(fā)光二極管和太陽能電池的陰極界面調(diào)控,和有機太陽能電池的給受體兩相界面調(diào)控展開的。關(guān)于陰極界面調(diào)控,合成了一類陰離子型共軛聚電解質(zhì)PFEOSO3Na,并將之成功地應(yīng)用到有機發(fā)光二極管和太陽能電池中,它可以有效地降低有機層和Al電極之間的界面勢壘,有利于電子的注入或者提取,從而顯著提升器件的效率。關(guān)于給受體兩相界面調(diào)控,向活性層中引入了兩親性兩嵌段聚合物P3HT-PEO和富勒烯衍生物PCB-C8oc這兩類界面兼容劑,利用它們與給受體之間的分子間相互作用,使之能夠分布在給受體的兩相界面上,降低兩相間的界面張力,從而穩(wěn)定活性層的形貌。本文具體研究內(nèi)容如下： 1)利用Suzuki偶聯(lián)設(shè)計并合成了3種基于聚芴主鏈結(jié)構(gòu)的水/醇溶性共軛聚合物PFEo、PFocSO3Na和PFEoSO3Na,并將它們作為陰極界面材料用于PFGreenB的PLED。通過對這類化合物的光學性質(zhì)和電化學性質(zhì)的分析,我們發(fā)現(xiàn)這類聚合物的紫外-可見吸收光譜、熒光發(fā)射光譜和能帶結(jié)構(gòu)主要是由共軛主鏈結(jié)構(gòu)決定的。通過和非共軛的醇溶性聚合物PEO的對比,發(fā)現(xiàn)聚芴共軛主鏈結(jié)構(gòu)的引入有利于增強界面層材料和疏水性PFGreenB發(fā)光層之間的粘附力,改善界面層材料的潤濕能力,有利于其在發(fā)光層上形成均勻的薄膜。通過對器件性能的分析,特別是PFocSO3Na/Al和PFEoSO3Na/Al器件效率的巨大差別,我們發(fā)現(xiàn)在陰離子共軛聚電解質(zhì)中,類PEO單元引入可以促進離子遷移,使更多的反離子遷移至陰極界面,從而形成更強的界面偶極,顯著降低電子注入勢壘。 2)鑒于PFEOSO3Na在PLED器件中取得的良好效果,將PFEOSO3Na作為陰極界面修飾層用于有機太陽能電池中,研究了其對P3HT:PCBM、PCDTBT:PC7iBM、PCDTTT-C:PC71BM體系的器件效率的影響。還研究了PFEOSO3Na對導(dǎo)電襯底(ITO, AZO)和金屬(Au)功函的修飾,并制備了ITO/PFEOSO3Na作為陰極,PBDTTT-C:PC71BM為活性層的高效率的反式有機太陽能電池器件。同樣也將PFEOSO3Na用于平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中,修飾PCBM和Al陰極界面,并取得了不錯的器件效果。 3)合成了分子結(jié)構(gòu)確定,且分子量分布窄(PDI=1.21)的兩親性兩嵌段聚合物P3HT-PEO,并將之作為兼容劑應(yīng)用到了P3HT:PCBM體系。發(fā)現(xiàn)P3HT-PEO的引入可以明顯提升器件的效率,同時由于P3HT-PEO與P3HT/PCBM之間的超分子相互作用,使P3HT-PEO分布在P3HT/PCBM兩相界面上,從而有效地降低兩相的界面張力,穩(wěn)定活性層的形貌,得到高效率且熱穩(wěn)定好的P3HT:PCBM太陽能電池器件。此外,將P3HT-PEO引入到P3HT:ICBA體系中,通過溶劑退火,使PEO鏈段在活性層表面富集,利用PEO鏈段在改變界面勢壘的功能,制備出高效的Al陰極器件。 4)通過對PCBM分子進行修飾,將末端的OCH3替換為C8oc,合成了新型的富勒烯衍生物PCB-C8oc,它具有和PCBM相近的光學帶寬和能帶結(jié)構(gòu)。當把它加入到P3HT:PCBM共混膜中,其末端的C8烷基鏈和噻吩單元上的C6烷基鏈有著較強的分子間相互作用,可以誘導(dǎo)P3HT鏈段結(jié)晶,從而提升未退火P3HT:PCBM器件的效率；同時由于其具有PCBM分子的主體結(jié)構(gòu),它可以分布在給受體的兩相界面上,降低兩相的界面張力,提升薄膜的熱穩(wěn)定性。故PCB-C8oc具有添加劑和兼容劑的雙重功能。此外,將PCB-C8oc添加到PTB7:PCBM的共混體系中,器件的效率和熱穩(wěn)定性均有所提升。 【關(guān)鍵詞】：有機發(fā)光二極管 有機太陽能電池 陰極界面 兩相界面 共軛聚電解質(zhì) 界面兼容劑
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN312.8;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-51
• 1.1 引言12-13
• 1.2 聚合物發(fā)光二極管及太陽能電池簡介13-18
• 1.2.1 聚合物發(fā)光二極管13-15
• 1.2.2 聚合物太陽能電池15-18
• 1.3 聚合物發(fā)光二極管及太陽能電池中的界面調(diào)控18-48
• 1.3.1 陽極界面修飾18-21
• 1.3.2 陰極界面修飾21-36
• 1.3.3 兩相界面修飾36-48
• 1.4 本論文的研究內(nèi)容及意義48-51
• 2 聚芴類陰離子型陰極界面材料的合成及在PLED中應(yīng)用51-77
• 2.1 引言51-52
• 2.2 實驗部分52-60
• 2.2.1 實驗試劑和儀器52-55
• 2.2.2 材料合成55-59
• 2.2.3 器件制備59-60
• 2.3 實驗結(jié)果和討論60-76
• 2.3.1 化學性質(zhì)研究60-64
• 2.3.2 器件性能研究64-76
• 2.4 本章小結(jié)76-77
• 3 PF_(EO)SO_3Na陰極界面材料在太陽能電池中的應(yīng)用77-97
• 3.1 引言77-78
• 3.2 實驗部分78-80
• 3.2.1 實驗試劑和儀器78
• 3.2.2 器件制備78-80
• 3.3 實驗結(jié)果和討論80-95
• 3.3.1 PFEoSO_3Na在P3HT：PCBM中的應(yīng)用80-81
• 3.3.2 PFEoSO_3Na在LBG：PC_(71)BM中的應(yīng)用81-89
• 3.3.3 PFEoSO_3Na對襯底功函的調(diào)控及反式器件中的應(yīng)用89-94
• 3.3.4 PFEoSO_3Na在Perovskite/PCBM中的應(yīng)用94-95
• 3.4 本章小結(jié)95-97
• 4 P3HT-PEO兩相界面兼容劑在P3HT/PCBM體系中應(yīng)用97-122
• 4.1 引言97-98
• 4.2 實驗部分98-101
• 4.2.1 實驗試劑和儀器98-99
• 4.2.2 材料合成99-100
• 4.2.3 器件制備100-101
• 4.3 實驗結(jié)果和討論101-121
• 4.3.1 化學性質(zhì)研究101-105
• 4.3.2 器件性能研究105-121
• 4.4 本章小結(jié)121-122
• 5 基于C60的兼容劑&添加劑在有機太陽能電池中的應(yīng)用122-142
• 5.1 引言122-123
• 5.2 實驗部分123-126
• 5.2.1 實驗試劑和儀器123
• 5.2.2 材料合成123-125
• 5.2.3 器件制備125-126
• 5.3 實驗結(jié)果和討論126-140
• 5.3.1 化學性質(zhì)研究126-128
• 5.3.2 器件性能研究128-140
• 5.4 本章小結(jié)140-142
• 6 總結(jié)與展望142-145
• 致謝145-147
• 參考文獻147-164
• 附錄 攻讀博士學位期間所發(fā)表的相關(guān)文章164-165

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容

有機發(fā)光二極管制造技術(shù)取得突破    

全球最薄可彎曲有機發(fā)光二極管問世    

關(guān)于OLED的最新動態(tài)    朱紹龍;

有機發(fā)光二極管制造技術(shù)取得突破平面照明時代即將來臨    

ITO/CuPc/Alq_3/Al有機發(fā)光二極管的制備與特性測試    張靜;王東興;施長丹;張健;

巴斯夫與飛利浦率先開發(fā)出用作透明車頂?shù)挠袡C發(fā)光二極管燈    

一種使用聚酰亞胺的新型有機發(fā)光二極管的研究    王建浦,劉旭,葉輝,徐慎剛,楊幕杰

柔性有機發(fā)光二極管讓顯示屏收卷自如    杜華斌;

新一代顯示器和有機發(fā)光二極管    王守志;毛興武;

用納米晶體制作近紅外有機發(fā)光二極管    

全球最薄可彎曲有機發(fā)光二極管問世    

高效率白光有機發(fā)光二極管    馬東閣;

級聯(lián)有機發(fā)光二極管及其在固態(tài)照明中的應(yīng)用    廖良生;

一種使用聚酰亞胺的新型有機發(fā)光二極管的研究    王建浦;劉旭;葉輝;徐慎剛;楊幕杰;

有機發(fā)光二極管載流子注入緩沖層研究    仲飛;吳敬;劉彭義;

硅雜環(huán)戊二烯雜環(huán)共軛聚合物的合成及其有機發(fā)光二極管、太陽能電池性能    陳軍武;曹鏞;

新穎的芴苯并噻吩類化合物的合成及其在有機發(fā)光二極管中的應(yīng)用    杜春燕;葉尚輝;劉云圻;于貴;

含新型噁二唑類電子傳輸層的有機發(fā)光二極管性能研究    華玉林;馮秀嵐;ChangShengWang;Gun-YoungJung;M.R.Brycl;M.C.Petty;

磷光染料共摻雜方法提高紅光有機發(fā)光二極管性能的研究(英文)    蘇文明;李文連;辛琦;孫小燕;李天樂;

高效率白光有機發(fā)光二極管的研究    馬東閣;

有機發(fā)光二極管制造技術(shù)取得突破    記者 華凌

基于有機發(fā)光二極管的平面顯示器    魏利希

德開發(fā)出超高效有機發(fā)光二極管    馮衛(wèi)東

二極管新光空前亮    本報記者 徐建華

德發(fā)明新型有機發(fā)光二極管    記者 顧鋼

柔性有機發(fā)光二極管讓顯示屏收卷自如    記者　 杜華斌

揚州啟動OLED技術(shù)研發(fā)    王月　周瑩

發(fā)光壁紙有望取代燈泡    張釗

OLED 柔性電視淺析    吉林 袁弘封編譯

出門穿上信息衣    本報記者 華凌

浸漬提拉工藝在有機發(fā)光二極管以及聚合物太陽能電池中的應(yīng)用研究    陳亞文

有機發(fā)光二極管及太陽能電池中的界面調(diào)控    朱小光

高顯色指數(shù)白光有機發(fā)光二極管的研究    朱鍵卓

有機發(fā)光二極管中載流子注入和傳輸機制的研究    張松濤

有機發(fā)光二極管（OLED）及其他層狀納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光性質(zhì)與設(shè)計研究    陳學文

溶液加工型高性能電致熒光白光器件的研究及其應(yīng)用    江志雄

具有聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)的有機分子的合成及其應(yīng)用研究    張小飛

有機發(fā)光二極管中有機磁場效應(yīng)的調(diào)控    劉虹

微納結(jié)構(gòu)光調(diào)控的高效有機發(fā)光二極管研究    歐清東

新型高效藍光主體的設(shè)計、合成及其性能研究    袁曉冬

反轉(zhuǎn)有機發(fā)光二極管載流子注入及發(fā)光研究    史常生

有機發(fā)光二極管載流子傳輸復(fù)合過程及磷光染料摻雜研究    吳敬

低功耗有機發(fā)光二極管技術(shù)的研究    王明霞

可用于有機發(fā)光二極管的新型小分子熒光化合物的合成    王猛

表面等離子體增強有機發(fā)光二極管的研究    史曉波

有機發(fā)光二極管的界面及高性能藍光二極管    顧菊芬