1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

有机发光二极管(OLED, Organic Light-Emitting Diode)是新型电致光有机半导体器件, 其工作原理为将电压施加在有机化合物薄膜两侧, 通过注入空穴和电子载流子使其发光. OLED具有自发光, 对比强, 色域大, 响应快且功耗低等明显特点, 而相比于传统LED, OLED又具备轻便和可弯曲等优势. 这样独特的优点让OLED在显示和照明领域具有广阔的前景. 目前, 虽然越来越多的用于制备有机发光二极管的半导体已经表现出了具有良好的P型或N型性能, 但要利用现有半导体材料广泛的应用优势而且同时保持简单快捷的合成制造方法依然面临着重大的科学挑战. 而给受体复合材料则揭示了全新的见解: 其独特的分子堆积与结构-性质关系提供了实际优势, 因此, 有关给受体复合物的进一步研究具备突破性的潜力. 激基复合物(Exciplex)是指由两种不同的分子形成了不同于这两个分子的激发态复合物(即一种双分子复合物). 在这两个分子中, 一个释放电子, 称为强电子给体(Donor), 另一个接受电子, 称为强电子受体(Accepter). 在激发态电荷转移的作用下, 两者形成了稳定的激基复合物(DA). 激基复合物的基本结构如图1所示, 在给体和受体交界的界面上存在着较大的能级之差. 激基复合物发光的基本原理为在器件的阴极和阳极两侧施加外加电压时, 电流开始驱动电子和空穴开始在电场的作用下移动, 其中电子在电子传输层中向发光层移动, 而空穴则在空穴传输层中向发光层移动. 这个过程称为载流子的注入. 但由于给受体界面之间存在较大的能级差, 载流子只能在给受体界面处大量聚集, 最终, 电子从受体的最低未占分子轨道(LUMO)向给体的最高占据分子轨道(HOMO)跃迁, 从而导致激基复合物发光. 激基复合物主要特点之一在于电子和空穴载流子可以直接在这两个分子之间发生复合, 因此载流子便不在需要通过异质结界面. 另外, 激基复合物存在非常明显的热延迟荧光效应(TADF, thermally activated delayed fluorescent), 将激基复合物作为OLED发光器件的主体, 就可以将发光体的内量子效率IQE提高到100%. 而激基复合物并非可以通过任意两个电子给体和受体就可以合成的, 形成激基复合物需要一定的条件: 首先, 给体必须是强电子给体, 具有较强的给电子能力. 同样受体也必须是强电子受体. 其次, 给体分子的LUMO要浅而受体分子的HOMO要较低. 由电极注入的电子和空穴在发光层相遇后会形成激子. 而根据激子自旋角动量的不同, 可以将其分为单重态激子和多重态激子. 荧光(Fluorescence)和磷光(Phosphorescence)都是电子从激发态跃迁到基态时放出的辐射, 波长一般都不同于入射光的波长. 两者最明显的不同点是激子在跃迁时重度不一样: 荧光的跃迁为S1→S0重度未变, 而磷光的跃迁为T1→S0重度改变。

磷光这种电子从某一重态等能地窜到另一重态的重度改变的跃迁被称为系间窜跃(intersystem crossing). 在发光器件中, 电子和空穴形成的单重态激子和三重态激子的比例是1: 3. 但由于三重态激子的能量一般低于单重态激子的能量, 所以荧光材料组成的器件中只有单重态激子能够发光, 对应的荧光发光器件的内量子效率为25%. 而磷光材料中, 单重态激子可以放出热量转化为三重态激子参与发光, 即可以同时利用单重态激子和三重态激子发光. 因此, 而磷光材料的内量子效率为100%. 但由于磷光发光器件目前存在的各种缺陷: 包括昂贵的价格, 不稳定的器材以及其严重的衰减率, 磷光发光器件并不能良好的满足市场的需求. 为了克服这些缺陷, 研究者们提出了全新的热活化延迟荧光概念: 当材料的单重态激子和三重态激子能量差值很小时, 三重态激子可以被热活化从而转换成单重态激子, 促进荧光发光, 其理论内量子效率上限为100%. 具体到有机发光二极管的结构, 则需要根据其有机功能层的不同材料进行分离, 一般来说, OLED器件被分为单层器件结构, 双层器件结构, 三层及以上器件结构和叠层器件结构. 在OLED研发的初期, 首先出现的便是单层结构的OLED, 向比较与后来更加优秀的器件结构来说, 早期的单层结构OLED在外电子效率(EQE, External quantum efficiency)和功率效率都较低. 但随着相关的研究取得跟进一步的成果后, 各色高效率的光器件都被研发了出来, 发光效率与市面上现存的器件并驾齐驱甚至是超过. 但是, 蓝光发光器件曾是此领域的短板: 有关蓝色发光器件材料短缺或效率低下等缺点同时也限制了其他颜色的发光器件的发展, 包括白色全磷光OLED. 因此, 制造出能稳定发光且保证效率和寿命的蓝色发光器件成为了不少学者们研究的重点. 在器件结构方面做出优化, 使混合白色光OLED的内电子效率(IQE, internal quantum efficiency)也能达到100%. 根据报道, 目前已经存在器件效率与全磷光白光OLED相当的混合白光发光器件.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究问题 在发光器件中, 决定器件光电性能最关键的指标是有机材料的迁移率. 在常规的真空蒸镀法和旋涂工艺中由于有机分子无序排列, 分子间交叠较小, 所以薄膜的载流子迁移率很低. 而最近通过溶液法制备晶态的有机材料的样品迁移率可以达到3-5个数量级, 相比于传统的成品具有更为优异的光电性能. 根据P型和N型材料的配比不同, 利用溶液分子自组装形成的PN型有机晶态材料可以实现晶体导电性质从P型到N型的调节. 但由于目前类似的工作所使用的材料种类单一, 尚不能够深刻研究材料能级结构等性能对晶体性能的影响. 因此, 本论文拟将不同的给受体材料结合, 探索给受体材料能级结构与晶体光电性质的关联. 二、毕业设计工作的具体设想 激基复合物的发光性能尚未在晶态下被发现过, 由于晶态具有周期性排列, 分子无序度小, 可以预见激基复合物将获得半高宽更小的纯色光谱. 同时, 晶体具有更小的非辐射跃迁效率, 所以应当具有更高的发光效率. 用于器件制备时, 也将获得更高的器件性能. 本毕业设计的主要工作是研究溶液制备有机微纳晶体结构的方法, 并且探究样品结构与其光电性质的关系. 实验探究在不同的温度和溶剂条件下给受体纳米晶体样品的生长规律. 同时, 通过更换给受体材料来探究不同的材料能级结构对自组装样品光电性质的影响.