有機(jī)平面異質(zhì)結(jié)器件中三重態(tài)的湮滅過(guò)程.pdf

1、有機(jī)發(fā)光二極管(organic light-emitting diodes, OLEDs)由于具備自發(fā)光、高色域以及可折疊等先天優(yōu)勢(shì)，在固體照明和平板顯示領(lǐng)域具有很大的潛力，也受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注和青睞。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的投入和研究，OLEDs的性能已經(jīng)得到了很大的提升，市場(chǎng)中也有一些產(chǎn)品。然而OLEDs要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)實(shí)用還存在很多挑戰(zhàn)，尤其是很多基礎(chǔ)問題尚未解決。這里面就包括器件壽命短以及量子效率低等問題。OLEDs中的單重態(tài)決定了器件

2、的熒光效率，因此增加單重態(tài)的數(shù)量有助于提高器件的熒光效率。而利用占比多(75％)的三重態(tài)向單重態(tài)的轉(zhuǎn)變是一個(gè)可行的辦法。目前，OLEDs中的反系間竄越(RISC)過(guò)程和三重態(tài)-三重態(tài)湮滅(TTA)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)這一目的。Adachi等人利用RISC過(guò)程已經(jīng)獲得一個(gè)較高的外量子效率，并且探究了RISC過(guò)程的發(fā)生機(jī)制。而由于TTA過(guò)程是兩個(gè)激發(fā)態(tài)間的相互作用，需要一個(gè)較大的三重態(tài)濃度才能發(fā)生，通常我們?cè)诩ぷ有推骷牡蜏丶按笞⑷腚娏飨掠^察到TT

3、A過(guò)程。本文，我們探究了激子型OLEDs室溫下的TTA過(guò)程，并且實(shí)現(xiàn)了激基復(fù)合物型OLEDs的TTA過(guò)程，并研究了TTA過(guò)程的內(nèi)在機(jī)制。
　　事實(shí)上，OLEDs中的微觀過(guò)程是非常復(fù)雜的且不容易被直接探測(cè)到，而有機(jī)電致發(fā)光磁效應(yīng)(MEL)對(duì)這些微觀過(guò)程非常靈敏，可作為一種有效的工具來(lái)探測(cè)這些自旋相關(guān)的微觀過(guò)程。本論文我們制備了兩類有機(jī)平面異質(zhì)結(jié) OLEDs，通過(guò)對(duì)有機(jī)材料的選擇以及器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了激子間室溫下的TTA過(guò)程以及

4、激基復(fù)合物間的TTA過(guò)程。通過(guò)分析OLEDs的MEL曲線、器件結(jié)構(gòu)及電致發(fā)光光譜，探究了TTA過(guò)程的發(fā)生條件和內(nèi)在機(jī)制。這一工作希望能夠理解TTA過(guò)程的物理機(jī)制，這將對(duì)提高激子型或者激基復(fù)合物型OLEDs的發(fā)光效率提出一定的建議。主要內(nèi)容包含以下四個(gè)章節(jié)：
　　第一章介紹了 OLEDs的歷史起源以及在目前生活中的應(yīng)用，并簡(jiǎn)單介紹了OLEDs輻射光子的基本過(guò)程；而后陳述了OLEDs熒光效率低下的緣由，并介紹了可增加單重態(tài)數(shù)量的微觀過(guò)

5、程；最后介紹了MEL探測(cè)器件內(nèi)部微觀過(guò)程的原理。
　　第二章主要介紹了OLEDs的制備和測(cè)量過(guò)程及其所用儀器的工作原理和注意事項(xiàng)。
　　第三章主要介紹了包含mCP和CBP的平面異質(zhì)結(jié)器件中的室溫TTA過(guò)程和反常的MEL溫度依賴行為，結(jié)構(gòu)是ITO/PEDOT:PSS/NPB(30 nm)/mCP(or CBP)(40 nm)/TPBi(50 nm)/LiF(1 nm)/Al(120 nm)。結(jié)果顯示：器件MEL曲線的低場(chǎng)上升幅

6、度在低溫下更高，同時(shí) MEL曲線的高場(chǎng)下降現(xiàn)象在室溫下出現(xiàn)而在低溫下消失。這與通常發(fā)現(xiàn)的MEL隨溫度的變化截然不同。這表明ISC過(guò)程隨著溫度降低而變得更迅速，同時(shí)室溫下器件中存在TTA過(guò)程，這一過(guò)程卻在低溫下消失。通過(guò)分析器件的歸一化電致發(fā)光光譜及其在不同溫度下的變化，我們發(fā)現(xiàn)器件中同時(shí)存在激子和激基復(fù)合物，并且隨著溫度的降低，激子數(shù)量減少而激基復(fù)合物數(shù)量增多。由此得出結(jié)論：低溫下，激基復(fù)合物的含量增多導(dǎo)致了更迅速ISC轉(zhuǎn)化過(guò)程；同時(shí)m

7、CP或者CBP層中的長(zhǎng)壽命激子導(dǎo)致了室溫下的TTA過(guò)程，而低溫下mCP或者CBP層中的激子數(shù)量減少，導(dǎo)致了TTA過(guò)程的消失。本工作在室溫下實(shí)現(xiàn)了激子間的 TTA過(guò)程，并探索了有機(jī)發(fā)光二極管中激發(fā)態(tài)間(激子和激基復(fù)合物)的ISC和TTA過(guò)程的內(nèi)在機(jī)制。
　　第四章主要介紹了平面異質(zhì)結(jié)激基復(fù)合物器件中的 TTA過(guò)程，結(jié)構(gòu)是ITO/TTP(80 nm)/PPT(80 nm)/LiF(1 nm)/Al(120 nm)。TTA過(guò)程雖可以提高

8、器件發(fā)光效率，但很難在激基復(fù)合物型OLEDs中發(fā)生，因?yàn)檫@一過(guò)程需要相近多個(gè)分子的參與。然而，我們?cè)谄矫娈愘|(zhì)結(jié)器件中通過(guò)讓激基復(fù)合物在一個(gè)窄小的區(qū)域內(nèi)復(fù)合而提高其濃度，繼而實(shí)現(xiàn)TTA過(guò)程。TTA過(guò)程由MEL曲線的高場(chǎng)下降反映出來(lái)，器件的MEL曲線的高場(chǎng)在150 K左右表現(xiàn)出下降行為，并隨著溫度的降低而增強(qiáng)。不僅如此，這一行為還在大注入電流下呈現(xiàn)出更明顯的下降。這和TTA過(guò)程在溫度和注入電流下的變化一致，很好的證明了器件中存在TTA過(guò)程。