溶液加工条件对聚合物体相异质结太阳能电池性能的影响

由于有机太阳能电池具有成本低、易加工、可以制作在柔性衬底上等优点备受人们关注。文中采用了溶液旋涂的加工方法,研究了基于聚3-乙基噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混的有机聚合物体相异质结太阳能电池。在大气条件下完成了器件的制备与测试,通过旋涂条件、质量分数、退火条件等优化提升了器件的光电特性,获得开路电压(Voc)为0.62V,短路电流密度(Jsc)为14.97mA/cm2,填充因子(FF)为42.21%,电池效率(PCE)为3.92%的高效聚合物体相异质结太阳能电池。因此,通过对溶液加工条件的优化,可以提高薄膜质量,促进载流子传输和分离的能力。不仅可以提升有机聚合物体相异质结太阳能电池的效率,也为推进有机太阳能电池的量产化奠定了基础。

基于蒽/芘分子封端的芴-芳胺衍生物的可溶液加工的蓝光材料的合成与光电性质（英文）

合成了两类分别基于芘和蒽封端的芴-芳胺衍生物(FAn,FPy)的新型可溶液加工蓝色发光分子,两种材料均溶于常规的有机溶剂,并且可以旋涂成膜.通过紫外-可见光谱和荧光光谱对其在溶液中和固态薄膜下的光学性能进行了表征,发现这两类分子在固态下发射峰分别位于449和465 nm,属于蓝色发光材料.并通过循环伏安法表征了其电化学性能,计算得出FAn和FPy的最高占据分子轨道(HOMO)能级分别为-5.37和-5.36eV.结果表明N-己基二苯胺的引入有效阻止了分子在固态下的平面堆积,抑制了长波发射,并且提高了分子HOMO能级,改善了空穴注入能力.差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)测试表明这两类化合物均显示出良好的热稳定性,其中FAn的玻璃化转变温度和热分解温度分别达到了207和439℃.良好的性能使得这两类材料成为一种潜在的可溶液加工的蓝光材料.

低温溶液加工法制备氧化锌薄膜晶体管

为适应柔性有源有矩阵有机发光二极管(AMOLED)等新型显示技术发展的需要,将低温溶液处理的氧化锌作为半导体层、电化学氧化的氧化铝钕作为栅绝缘层,制备了氧化锌薄膜晶体管(TFT).制备氧化锌半导体层所用的前驱体溶液为无碳的Zn(OH)x-(NH3)y(2-x)+水溶液,这种氨络合物溶液制备简单、成本低,并且由于容易形成高活性的氢氧自由基,使得氨-金属之间的分解所需要的活化能较低,生成氧化锌所需的能量较小,可以在180℃的较低温度下获得氧化锌多晶薄膜.所制备的TFT器件的最高迁移率可达0.9 cm2/(V·s).这种低温氧化锌薄膜工艺与室温电化学氧化的栅绝缘层工艺相结合,具有温度低和迁移率高的特点,完全能与柔性衬底兼容,在柔性显示中具有很大的应用前景.

浅谈聚合物溶液加工成型实验教学——以聚乙烯醇溶液成膜实验为例

随着聚合物材料向高性能化和功能化的方向发展,聚合物溶液加工实验在高分子材料与工程专业实验教学中的重要性日益凸显。然而,目前高校较少开设聚合物溶液加工实验。为此,文章以聚乙烯醇溶液加工为例,介绍一种简单且易推广的聚乙烯醇溶液成膜实验。该实验涵盖了聚合物溶液加工的各个典型步骤,适合围绕聚合物溶液加工过程中涉及的科学原理及技术关键进行教学设计,有利于学生对聚合物溶液加工过程的学习和掌握。

低启亮电压全溶液加工量子点发光器件

采用旋涂制备的纳米银(Silver nanoparticle,Ag NPs)作为阴极,制备了全溶液加工的红、绿、蓝量子点发光二极管(red,green,blue-quantum dots light-emitting diodes,R-,G-,B-QLEDs)。并针对溶液加工Ag NPs阴极器件启亮电压(Turn-on voltage,Vt)较蒸镀Ag阴极器件偏高的问题,采用了低真空与热退火组合工艺干燥Ag NPs阴极,实现了可以与真空蒸镀金属阴极比拟的Vt,R-,G-,B-QLEDs的Vt分别为1.9,2.6,3.2 V。实验结果表明,该阴极处理工艺可能为研制低Vt的全印刷显示发光器件提供新的工艺思路。

可溶液加工的蒽醌/芴类双极性荧光材料的合成及其光电性质

通过Suzuki反应合成得到了一种可溶液加工的蒽醌/芴类双极性荧光材料2-蒽醌基-9,9′-二异辛基芴(FAA),利用紫外吸收光谱和荧光发射光谱对其光物理性质进行了初步研究,并采用密度泛函理论计算方法分析了分子光物理性质的本质。通过单载流子器件的性能测试,证实了FAA具有较好的双极性传输特性。进而研究了该材料的电致发光性能,将其掺杂于主体材料1,3-双(9-咔唑基)苯(mCP)中,利用旋涂法制备了结构为ITO(氧化铟锡)/PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐)/mCP:FAA/TmPyPb(1,3,5-三[(3-吡啶基)-3-苯基]苯)/LiF/Al的有机发光二极管。器件的启亮电压约为7.4 V,最大亮度为1719 cd?m^(-2),最大电流效率和最大功率效率分别为1.66 cd?A^(-1)和0.56 lm?W^(-1);同时,结合器件各功能层的能级结构图,探讨了其电致发光机制。

基于溶液加工小分子材料发光层的有机-无机复合发光器件

报道了基于溶液加工有机小分子材料发光层、聚乙烯亚胺电子注入层的有机-无机复合发光器件.优化了空穴传输层和磷光染料的掺杂浓度,得到最佳发光效率的器件.蓝光、黄光和红光器件的最大外量子效率为17.3%,10.7%和7.3%.在发光亮度为1000 cd/m2时,蓝光、黄光和红光器件的外量子效率分别为17.0%,10.6%和5.8%,器件效率下降较小.原因在于同时采用空穴传输型和电子传输型的小分子材料作为共同主体材料,器件具有较宽的载流子复合区域,降低了三线激发态-三线激发态湮灭和三线激发态-极化子相互作用对器件发光效率的影响.白光器件在亮度为1000 cd/m2时,发光效率和功率效率为31 cd/A和14.8 lm/W.器件的色度为(0.32,0.42),色度比较稳定,随电流的变化微小.器件的效率较以往报道的有机-无机复合发光器件有显著的提高,主要归因于在聚乙烯亚胺上能够制备特性良好的小分子材料薄膜,以及小分子主体材料拥有较高的三线态能量和平衡的载流子传输特性,能够获得高效的磷光发射.

基于非富勒烯受体的溶液加工型全小分子太阳能电池研究进展

有机太阳能电池(OPV),具有质量轻、可成本低制备等优势,是一种具有实际应用潜力的光伏技术。有机太阳能电池活性层可以由共轭聚合物或溶液可加工的小分子材料(给体与受体)共混组成。由于小分子材料具有明确的分子结构,纯度可控及无批次差别影响的特点;并结合近年来非富勒烯小分子受体的快速发展,使得非富勒烯全小分子(NF-SM-OPV)电池研究受到广泛关注。由于大部分A-D-A型非富勒烯受体分子具有各向异性的特点,这使激子解离和电荷传输,很大程度上受分子间堆积方式的影响,导致非富勒烯全小分子电池活性层形貌调控更加复杂。虽然非富勒烯小分子太阳能电池具有非富勒烯受体材料和小分子材料的双重优势,但高效率非富勒烯小分子太阳能电池的制备,仍具有很大挑战。因此,本文总结近年来高性能非富勒烯小分子太阳能电池的相关进展。着重介绍针对非富勒烯受体的给体小分子材料设计工作,并在此基础上近一步讨论非富勒烯小分子太阳能电池面临的挑战与展望。

利用银纳米立方增强效率的多层溶液加工白光有机发光二极管

金属纳米粒子的局域表面等离子体共振效应常被用于增强有机发光二极管中激子辐射强度,其增强效果与金属纳米粒子的共振波长、共振强度及其与激子之间的耦合密切相关.本文将具有较强局域表面等离子体共振效应的银纳米立方引入多层溶液加工白光有机发光二极管中提升器件性能.在传统的溶液加工有机发光二极管中,发光层主体一般具有较强的空穴传输性,因此激子主要在发光层/电子传输层界面附近复合.本文将银纳米立方掺入电子传输层中,使银纳米立方与激子之间产生充分的耦合作用,提高激子发光强度.对银纳米立方包裹二氧化硅外壳,一方面优化纳米立方与激子之间的距离,另一方面减小其对器件中电荷传输的影响.通过优化银纳米立方的浓度,多层溶液加工白光有机发光二极管的电流效率达到30.0 cd/A,是基础器件效率的2倍.另外,由于银纳米立方的等离子体共振光谱较宽,同时增强了白光中蓝光和黄光的强度,因此引入银纳米立方基本没有影响白光的色度.研究结果表明引入金属纳米粒子是提升多层溶液加工发光二极管性能的有效方法.

可溶液加工的有机-无机杂化钙钛矿:超越光伏应用的“梦幻”材料

有机-无机杂化钙钛矿材料是可通过溶液工艺低温制备得到的直接带隙半导体晶体薄膜.在众多可溶液加工的半导体材料中,有机-无机杂化钙钛矿薄膜是为数不多的低缺陷密度、双极子传输性能优异的晶体薄膜,同时兼具宽光谱吸收和长载流子扩散距离等特性,是平面异质结太阳能电池的理想选择.另外,作为低缺陷密度的直接带隙半导体晶体材料,杂化钙钛矿薄膜具有优异的发光特性.其发光波长可通过能带工程(在分子水平上改变其组分)进行调节,因此有望在发光二极管和激光等光电器件中得到新应用.总结了钙钛矿材料的优异特性和目前应用研究的进展,并对其未来发展做了展望.

可溶液加工给体-受体有机小分子太阳能电池材料研究进展

近年来,有机小分子体异质结太阳能电池因其制备工艺简单、廉价、轻便及柔性等优点而备受关注.理想的有机小分子给体材料是提高有机太阳能电池光电转换效率的基础.系统地综述了可溶液加工有机小分子太阳能电池给体材料的研究进展,并对其发展趋势和应用前景做了展望.

可溶液加工还原氧化石墨烯:制备、功能化、自组装及在智能信息器件中的应用

石墨烯作为一种苯结构无限延伸的纳米与介观分子,表现出多层次迥异的物理与化学特性.本文从机械剥离法制备的石墨烯的奇特物理性质追溯氧化石墨烯(GO)相关化学反应的开展,再到其共价/非共价功能化及应用,用分级化学的视角梳理了该领域的化学进展.重点论述了化学方法制备的氧化石墨烯及还原氧化石墨烯(rGO)在溶液分散态下的功能化方法和自组装结构.针对环境友好的可溶液加工GO/rGO工艺面临的问题,总结了纳米片分散性、片间相互作用及其薄膜工艺的相关进展,为研究其墨水配方、成膜工艺和薄膜微结构的控制提供了指导.最后在总结rGO薄膜材料相关研究进展的基础上,介绍了其在智能信息器件中的应用,并对存在的挑战性问题和未来研究方向提出自己的观点.

基于溶液加工氧化石墨烯的高性能有机太阳能电池

采用溶液旋涂法在铟锡氧化物(ITO)电极上制备氧化石墨烯(GO)薄膜作为有机太阳能电池(OPVs)的空穴传输层,通过调控旋涂转速优化了氧化石墨烯薄膜的厚度并研究了膜厚对于器件性能的影响规律。在此基础上,通过紫外臭氧(UVO)处理和热处理等方法进一步提升电池器件的性能。结果表明:在紫外臭氧处理和热处理温度为250℃时,所得电池器件的效率最优,达到3.16%,接近于使用经典聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)材料的电池器件水平。这一结果表明具有低成本、可溶液加工以及优异的光透过性等特点的氧化石墨烯会成为一种未来非常有前景的有机太阳能电池的空穴传输层材料。

基于苯基修饰策略的新型可溶液加工红光铱配合物的设计、合成及电致发光性能研究

利用向环金属配体的C—Ir键的对位进行苯基取代这一结构修饰策略,成功合成了两种新型铱(Ⅲ)配合物(3PhNbt)_2Ir(acac)和(3OMePhNbt)_2Ir(acac).相较其橙光发射的母体化合物(Nbt)_2Ir(acac),两个目标化合物的抗结晶性、非晶态热稳定性及溶解性均有显著提高,其磷光发射带也发生了5~10 nm的红移.以(3PhNbt)_2Ir(acac)和(3OMePhNbt)_2Ir(acac)为发光客体材料所制备的单层溶液加工电致红光器件,其最大发光亮度分别为1830 cd·m^(-2)和6630 cd·m^(-2),最大电流效率分别为2.4 cd·A^(-1)和8.7 cd·A^(-1),CIE1931色坐标分别为(0.61,0.39)和(0.62,0.38).相比之下,以母体化合物(Nbt)_2Ir(acac)为发光客体材料所制备的参比器件,其最大发光亮度则为1620 cd·m^(-2),最大电流效率仅为1.5 cd·A^(-1),CIE1931色坐标为(0.59,0.41).上述研究结果表明:向C—Ir键对位进行苯基修饰可以在提高铱(Ⅲ)配合物的可溶液加工性能的同时,获得更为红移的电致发光波长,是一种简单而有效的红光铱(Ⅲ)配合物的分子设计策略.

可溶液加工p-n多臂结构共轭分子的设计合成与应用

设计合成了两种以p型苯基咔唑为核,n型苯并噻二唑衍生物为臂的p-n多臂结构共轭分子S1和S2.通过1H NMR,13C NMR,GC-MS/MALDI-TOF等表征了其化学结构,研究了其光物理性质、热力学性质、电化学性质及其电子结构等,并作为活性材料应用于制备有机太阳能电池器件.实验结果表明所得的p-n多臂结构共轭分子表现出良好的溶液加工性、较宽的光谱吸收、较窄的能隙和较高的开路电压等特性.

溶液加工型有机电致发光材料与器件研究进展

有机电致发光器件(OLEDs)在平板显示和固体照明领域有着广阔的应用前景,发展十分迅速,已实现了商业化.而可溶液加工的OLEDs采用喷墨打印、卷对卷印刷等低成本方式进行加工,在实现低成本、大面积显示及照明器件等方面具有巨大的应用潜力,引起了广泛关注.实现高效溶液加工型OLEDs的实用性需要在光电材料设计合成及器件制备方法上进一步深入研究.本文总结了发光材料与器件国家重点实验室可溶液加工型OLEDs材料及器件的研究进展.

可溶液加工纳米光电材料与器件

光电器件的柔性化、结构微型化是光电技术发展的重要趋势.溶液法加工特别是印刷技术和纳米光电材料的结合,有利于克服传统光电器件制备工艺复杂、成本高昂的局限性,在未来柔性化、图案化以及大面积光电器件领域具有广阔的应用前景.本文主要聚焦于可溶液加工纳米光电材料与器件,介绍了我们课题组近年来在该领域的科研进展,包括喷墨打印量子点技术与应用,溶液加工量子点界面发光机制,以及发光、探测、突触器件结构设计与性能优化,希望为该领域学术研究和产业应用提供参考.

溶液加工型自主体热活化延迟荧光材料的研究进展

十年来,作为第三代有机发光二极管(organic light-emitting diodes, OLED)发光材料的热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence, TADF)材料备受学术界和产业界的广泛关注. TADF分子由于单重态与三重态之间的能级差较小,当受到环境热激活时,三重态激子可以通过反系间窜越转化为单重态,从理论上讲,可以实现100%的激子利用率.这一特性使得OLED器件外量子效率显著提高.溶液加工法具有成本低、方法简单、材料利用率高、可大面积生产等优势,是柔性及印刷OLED器件制备工艺的理想候选.具有良好的电荷传输能力的主体材料能有效降低激子密度和促进能量高效传递.利用自主体TADF材料制备的溶液加工型器件能有效平衡载流子传输和提升器件性能,同时在使用过程中可避免相分离,保持薄膜的均匀性和提高器件的稳定性.本综述总结了溶液加工型自主体TADF材料的研究进展.首先介绍了TADF材料的基本原理和研究意义,强调了溶液加工型自主体TADF材料在显示器件和照明器件等方面的应用潜力.然后详细讨论了溶液加工型自主体TADF材料的不同分类(小分子、树枝状和聚合物)、材料结构及器件性能等方面的研究进展.最后,分别从自主体TADF材料当前的不足、存在的问题和可能解决方案等方面对其发展趋势进行了展望.本综述旨在为相关领域的研究人员提供参考,并促进TADF材料的进一步发展和应用.

溶液加工型蒽类树枝状深蓝光材料的合成与表征

采用9,10-二苯蒽(DPA)作为中心核,一代至三代齐聚咔唑作为外围树枝,设计合成了一系列溶液加工型树枝状深蓝光荧光材料Ent1,Ent2和Ent3.不同于DPA容易在膜态下形成结晶,Ent1~Ent3均具有良好的热稳定性和形态稳定性,玻璃化转变温度高达194~371℃.同时,咔唑树枝的引入,有效地抑制了分子间的相互作用,使得膜态下荧光量子效率从Ent1的46%提高至Ent2的52%和Ent3的67%.通过旋涂工艺制备了深蓝光非掺杂器件,发现第二代树枝状荧光材料Ent2表现出最优器件性能,发光效率为2.63 cd/A,色坐标CIE_((x,y))为(0.16,0.10).

基于掺杂空穴注入层的高性能全溶液加工量子点发光二极管

全溶液加工量子点发光二极管(Quantum Dot Light-Emitting Diodes,QLEDs)在未来显示和照明领域具有极大的潜在应用价值.目前,空穴注入困难导致的空穴和电子注入不平衡仍是阻碍高效全溶液加工QLEDs实现的主要因素.因此,如何降低空穴注入势垒,提高空穴注入效率是制备高效全溶液加工QLEDs需要考虑的首要问题.本文利用氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)掺杂聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)(体积比为1:2)作为空穴注入层,通过提高空穴注入层的功函数及其在下层薄膜上的浸润性,制备了高效的全溶液加工倒置型QLEDs:ITO/ZnMgO/QDs/PVK/PEDOT:PSS-GO/Al.其最大的发光强度高达51392 cd/m2,最大的电流效率为7.60 cd/A.相比未掺杂的参考器件,均实现了近1.3倍的增长.同时,我们还利用该方法制备了正置结构器件:ITO/PEDOT:PSS-GO/PVK/QDs/ZnMgO/Al,并与未掺杂的正置结构器件进行了比较,发现掺杂空穴注入层PEDOT:PSS-GO的引入同样可以使全溶液加工的正置QLEDs的性能增强,使其最大发光强度实现了0.29倍的增长.以上结果表明,掺杂空穴注入层PEDOT:PSS-GO的引入可以提高正置和倒置两种结构QLEDs的性能.相比而言,其对全溶液加工倒置QLEDs的影响更为突出.表明这是实现高效倒置结构全溶液加工QLEDs的一种简单、有效的方法.