基于酞菁的有机近红外发光器件与太阳能电池

【摘要】： 当今时代是信息化时代,随着信息产业化逐步从微电子时代过渡到光电子时代和光子时代,光电材料将成为光电产业的基础支撑。有机半导体光电材料不但具有低毒、价廉、易成型、柔性等优点,还具有光电响应快的特性,有可能在分子尺寸实现对电子行为的控制,并制成分子器件,这就有可能克服无机材料集成电路的集成度限制所带来的困难。酞菁是一类重要的有机小分子光电功能材料,具有大的共轭性和显著的半导体特性,在有机近红外电致发光器件和有机太阳能电池的制备中发挥着重要的作用。 本文研究了无取代氢酞菁H2Pc的光学性质,然后将H2Pc掺入Alq3作为发光层采用真空蒸镀法制备了有机近红外电致发光器件。研究了H2Pc浓度对器件电致发光谱的影响,708 nm和800 nm附近的发射峰是在H2Pc浓度低时出现,而910 nm和930 nm附近的发射峰是在H2Pc浓度高时出现,详细讨论了这些发射峰来源,并分析了器件发光机制。合成了四取代氢酞菁Tetra-H2Pc,研究了其光学性质,并以Tetra-H2Pc为发光材料采用旋涂和真空蒸镀法制备了有机近红外电致发光器件。对比了Tetra-H2Pc和H2Pc发光性能,结果表明Tetra-H2Pc发光性能较好,还可通过旋涂方法成膜,简化器件工艺。 以十六氟铜酞菁CuPcF16为发光材料制备了发射波长在1106 nm附近的有机近红外电致磷光器件。器件结构包括单层结构和多层掺杂结构,发光层主体材料分别采用了Alq3、CBP和TPBI,研究表明TPBI是一种较好的主体材料。详细讨论了以TPBI为发光层主体材料的器件的发光机制,并通过在发光层后面插入Alq3:DCJTB层提高了器件发光强度。合成了四取代铜酞菁(4-tert)CuPc,研究了其光学性质,并以其为发光材料制备了发射波长在1110 nm附近的有机近红外电致磷光器件,优化了器件结构。CuPcF16和(4-tert)CuPc发射波长较长,发射光谱较宽,在光通信领域有着潜在的应用价值。 以(4-tert)CuPc为电子给体材料制备了单层结构、双异质结、本体异质结和具有周期性结构的有机太阳能电池。对器件进行了优化,并分析了器件的光电性能,研究表明所有器件都有明显的光伏效应。(4-tert)CuPc的吸收谱与常用的电子受体材料C60吸收谱互补,其能级与C60能级匹配也好,因此作为一种新颖的给体材料可用于制备各种结构的有机太阳能电池,又由于其溶解性较好,有望通过旋涂方法来简化器件制备工艺。 研究了氟化镱YbF3作为阴极修饰层对基于CuPc的有机聚合物太阳能电池光伏性能的影响,结果表明YbF3层的插入可以提高器件的开路电压、填充因子和能量转换效率。讨论了YbF3层的作用机制。 【关键词】：酞菁 有机电致发光器件 近红外 有机太阳能电池
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-42
• 1.1 有机光电材料10-17
• 1.1.1 有机半导体光电材料的分子结构特征10-12
• 1.1.2 基态与激发态12-13
• 1.1.3 有机光电材料的荧光和磷光13-15
• 1.1.4 有机光电材料中的激基复合物和激基缔合物15-16
• 1.1.5 有机光电材料分子的激发态能量转移理论16-17
• 1.2 酞菁17-22
• 1.2.1 酞菁的简介17-19
• 1.2.2 酞菁的合成19-20
• 1.2.3 酞菁化合物在有机光电器件中的应用20-22
• 1.3 有机近红外电致发光材料及薄膜器件22-31
• 1.3.1 有机近红外电致发光材料的研究进展22-27
• 1.3.2 有机电致发光器件的结构27-28
• 1.3.3 有机发光二极管的发光机理28-29
• 1.3.4 有机电致发光器件的重要参数29-31
• 1.4 有机太阳能电池的发展历史、材料、结构原理及表征31-40
• 1.4.1 有机太阳能电池的发展历史31-34
• 1.4.2 有机太阳能电池的活性层材料34-35
• 1.4.3 有机太阳能电池的结构35-37
• 1.4.4 有机太阳能电池的工作原理37-38
• 1.4.5 表征有机太阳能电池性能的主要参数38-40
• 1.5 本论文主要研究内容40-42
• 2 基于氢酞菁和四取代氢酞菁的有机近红外电致发光器件42-71
• 2.1 实验材料及仪器介绍43-47
• 2.1.1 实验中用于制作器件的材料介绍43-45
• 2.1.2 实验仪器介绍45-47
• 2.2 基于H_2Pc的有机近红外电致发光器件47-58
• 2.2.1 H_2Pc的吸收谱47-48
• 2.2.2 H_2Pc的光致发光48-50
• 2.2.3 器件的制备工艺50
• 2.2.4 发光层以Alq_3为主体材料的多层掺杂器件A50-56
• 2.2.5 发光层以CBP为主体材料的多层掺杂器件B56-58
• 2.3 基于四取代氢酞菁的有机近红外电致发光器件58-69
• 2.3.1 四取代氢酞菁的合成58-59
• 2.3.2 合成结果讨论59-61
• 2.3.3 Tetra-H_2Pc的吸收谱和光致发光谱61-62
• 2.3.4 器件的制备工艺62-63
• 2.3.5 单层器件C和多层器件D63-65
• 2.3.6 多层掺杂器件F65-67
• 2.3.7 发光层为旋涂膜的多层器件G67-69
• 2.4 本章小结69-71
• 3 基于十六氟铜酞菁和四取代铜酞菁的有机近红外电致发光器件71-97
• 3.1 基于十六氟铜酞菁的有机近红外电致发光器件71-86
• 3.1.1 实验材料71-73
• 3.1.2 CuPcF_(16)的吸收谱73-75
• 3.1.3 单层器件A75-76
• 3.1.4 多层掺杂器件B和C76-78
• 3.1.5 多层掺杂器件D78-82
• 3.1.6 多层掺杂器件F82-86
• 3.2 基于四取代铜酞菁的有机近红外电致发光器件86-95
• 3.2.1 2(3)-四-(对叔丁基苯氧基)铜酞菁的合成86-87
• 3.2.2 2(3)-四-(对叔丁基苯氧基)铜酞菁的结构与性质87-89
• 3.2.3 单层器件A和多层器件B89-91
• 3.2.4 多层掺杂器件C91-92
• 3.2.5 多层掺杂器件D92-95
• 3.3 本章小结95-97
• 4 基于四取代铜酞菁的有机太阳能电池97-116
• 4.1 实验材料及仪器介绍97-100
• 4.1.1 本章用于制备有机太阳能电池的材料97-99
• 4.1.2 器件的制备工艺及测试系统99-100
• 4.2 器件中所用材料的表征100-102
• 4.3 单层器件A102-104
• 4.3.1 器件结构102-103
• 4.3.2 器件的参数测量103-104
• 4.4 异质结器件B104-109
• 4.4.1 器件结构104-105
• 4.4.2 器件的参数测量及结果讨论105-109
• 4.5 (4-tert)CuPc与C_(60)共蒸的异质结器件D109-111
• 4.5.1 器件结构109-110
• 4.5.2 器件的参数测量110-111
• 4.6 具有周期性结构的异质结器件E111-115
• 4.6.1 器件结构111-112
• 4.6.2 器件的参数测量112-115
• 4.7 本章小结115-116
• 5 氟化镱对基于CuPc的有机聚合物太阳能电池光伏特性的影响116-123
• 5.1 实验材料及仪器介绍116-117
• 5.1.1 用于制备聚合物太阳能电池的材料116-117
• 5.1.2 器件制备工艺及测试系统117
• 5.2 器件结构117-119
• 5.3 器件参数测量119-122
• 5.4 本章小结122-123
• 结论123-126
• 本论文创新点摘要126-127
• 参考文献127-137
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况137-138
• 致谢138-139
• 作者简介139-141

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