基于微结构提高有机电致发光器件和有机太阳能电池性能的研究

【摘要】：目前，有机电致发光器件（OLEDs）由于具有质量轻、低成本、低功耗、材料多样的优点而成为研究的热点。OLEDs在手机等电子产品中已经有所应用，但是还不能实现大规模的应用。有机电致发光器件和有机太阳能电池技术中还存在着一些需要解决的问题，如顶发射有机电致发光器件在平板显示当中的光谱角度依赖问题和有机太阳能电池效率低等问题。本论文的工作主要是基于顶发射有机电致发光器件（TOLEDs）的光谱视角依赖方面以及有机太阳能电池(OSCs)光电转换效率不足的问题开展研究。通过制备基于微结构的器件，来解决顶发射有机电致发光器件的光谱视角依赖问题，提高了有机太阳能电池的效率。此外，我们还在曲面上进行了顶发射有机电致发光器件的制备，成功实现全方向的光出射。取得的研究成果主要包括以下几个方面： （1）在红光和蓝光顶发射有机电致发光器件中，通过引入周期性光栅微结构，解决了红光和蓝光顶发射有机电致发光器件中微腔效应带来的光谱窄化和光谱视角依赖的问题。采用这种方法，得到了周期性变化的微腔腔长，使微腔的谐振波长范围变宽。最终，具有光栅微结构的顶发射器件实现了朗伯体发射，同时解决了不同的观察角度颜色变化的问题。此外，有无光栅微结构器件的发光亮度和效率基本一致。 （2）利用曲面透镜作衬底，制备顶发射有机电致发光器件。曲面的发光器件可以实现全方向的光出射，有效降低了发光强度随观察角度而很快衰减的问题。在垂直于器件发光方向的位置，依然可以观察到光的出射。为有机电致发光器件在全方向固态照明的应用，提供了新的技术方案。 （3）制备了基于周期性微结构的有机太阳能电池，增强了有机太阳能电池的光吸收，从而提高器件的光电转化效率。实验结果表明，周期性的微结构金属电极表面提高了在材料内的入射光程，更多的光被限制在材料内。此外，使用半透明Au作为阳极，Ca/Ag作为阴极，提高了电荷的收集。常见的Al做阴极的平板太阳能电池器件能量转化效率只有0.61%，而Au作阳极，低功函数Ca/Ag做阴极的微结构太阳能电池，能量转化效率达到1.4%。和常用来做阳极的稀缺的ITO铟材料相比，采用周期性的微结构的Au薄膜阳极有望取代ITO，实现成本低廉、高性能的有机太阳能电池。 【关键词】：微结构 顶发射有机电致发光器件 有机太阳能电池 改善角度依赖 增强光吸收
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-35
• 1.1 有机电致发光器件的研究背景11-18
• 1.1.1 有机电致发光器件的研究发展现状11-14
• 1.1.2 有机薄膜太阳能电池的研究发展现状14-18
• 1.2 有机电致发光器件及有机太阳能电池18-29
• 1.2.1 有机电致发光器件的原理18-26
• 1.2.2 有机太阳能电池工作原理26-29
• 1.3 有机电致发光器件及有机太阳能电池存在的问题和解决方案29-32
• 1.3.1 有机电致发光器件存在的问题和解决方案29-31
• 1.3.2 有机太阳能电池存在的问题和解决方案31-32
• 1.4 本论文的主要工作32-35
• 第二章 微结构光栅的制备方法35-45
• 2.1 双光束干涉技术35-40
• 2.2 微结构光栅的制备40-43
• 2.3 本章小结43-45
• 第三章 利用微结构改善红光和蓝光顶发射有机发光器件的角度依赖特性45-65
• 3.1 顶发射器件的介绍45-48
• 3.2 基于微结构的红光 TOLEDs48-57
• 3.2.1 红光 TOLEDs 器件的制备48-54
• 3.2.2 基于微结构衬底的红光 TOLEDs 性能测试54-57
• 3.3 基于微结构的蓝光 TOLEDs57-63
• 3.3.1 蓝光 TOLEDs 器件的制备57-60
• 3.3.2 基于微结构衬底的蓝光 TOLEDs 性能测试60-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 基于曲面衬底的有机电致发光器件的研究65-73
• 4.1 曲面透镜介绍65-67
• 4.2 以曲面透镜作衬底的有机电致发光器件的制备67-70
• 4.2.1 曲面透镜的制备及材料选择67-68
• 4.2.2 曲面透镜的工艺过程68
• 4.2.3 以曲面透镜作衬底的有机电致发光器件的制备68-70
• 4.3 以曲面透镜作衬底的有机电致发光器件性能表征70-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第五章 微结构增强有机薄膜太阳能电池的光吸收73-85
• 5.1 有机薄膜太阳能电池73-74
• 5.1.1 有机薄膜太阳能电池简介73
• 5.1.2 微结构增强光吸收基本原理73-74
• 5.2 基于微结构的有机薄膜太阳能电池74-83
• 5.2.1 微结构制备74-75
• 5.2.2 有机薄膜太阳能电池器件制备75-79
• 5.2.3 有机薄膜太阳能电池的电学特性分析79-80
• 5.2.4 有机薄膜太阳能电池的吸收光谱特性分析80-83
• 5.3 本章小结83-85
• 第六章 总结85-87
• 参考文献87-99
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果99-101
• 致谢101

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