红荧烯分子单重态激子裂变的分子间距依赖关系的研究

作     者：任晓伟 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张勇

授予年度：2017年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：红荧烯 激子裂变 分子间距 光致发光 

摘      要：近些年,国内外越来越多的研究者开始对单重态激子分裂过程（简称激子裂变）进行研究,激子裂变已成为有机电子学中热门的研究领域。现阶段,对激子裂变的研究主要在有机光伏器件上,能发生激子裂变的有机材料可作为一种新型的敏化剂,能够大幅度提升有机光伏器件的量子效率。由于在单重态激子裂变过程中,有机材料吸收一个光子后被激发,产生一个具有高能量的S1态激子,该S1态激子与一个处于基态的分子相互作用可转换为一对具有低能量的T1态激子,这将提升有机光伏器件的量子效率。且T1态激子比S1态激子寿命要长,扩散范围广,有利于激子的拆分解离,这可进一步的提高光电转换效率。目前,已有研究表明所制的有机薄膜器件中量子效率已经超过100%,如果能够将能发生激子裂变的有机材料用在工业上,将会解决能源问题。但是,目前对激子裂变研究过程中还存在许多问题,对其过程研究不够深入。本文中主要选了三个拟解决的问题进行研究。（1）有机薄膜材料的瞬态衰减曲线的拟合问题。在对激子裂变过程的研究中,实验上研究者主要是通过对有机材料的瞬态衰减过程进行研究。在对光致发光瞬态衰减曲线拟合时,主要有两种方法:一种用耦合速率方程组,但是拟合曲线与实验曲线符合的不太好;另一种用方程式进行拟合,虽然拟合曲线与实验曲线符合的很好,但是方程式的物理意义不明确,我们实验组针对该问题对不同rubrene掺杂浓度的薄膜瞬态衰减过程进行研究。（2）不同掺杂浓度的有机薄膜器件激子裂变速率与分子间距之间的关系。实验通过对不同rubrene掺杂浓度的薄膜进行研究,由于rubrene掺杂浓度不同可使分子间距不同,通过对薄膜的瞬态衰减过程进行研究,可得出激子裂变的速率,进而可得出激子裂变速率与分子间距之间的关系。（3）激子裂变的机制问题。目前,对于激子裂变机制主要有两种不同的看法:一种看法认为其为“内转换模型;另一种认为其为“双电子转移模型。本文通过对激子裂变过程进行分析,对激子裂变机制进行了验证。在实验中,通过双源共蒸的方法将不同浓度的rubrene分子掺杂到主体材料中,制成有机薄膜器件。由于rubrene分子的掺杂浓度不同使得分子间距不同,结合实验测量的薄膜器件在稳态下的光致发光光谱及瞬态衰减曲线,对激子裂变过程进行分析。本文主要解决了上述的三个问题。各章节的主要内容如下:（1）第一章主要介绍了激子裂变的动力学过程,能发生激子裂变的几种常见材料。同时,还说明了激子裂变的机制的两种不同观点,阐述了现阶段激子裂变研究背景,需要解决的问题及发展前景。（2）第二章主要对有机薄膜器件的制备,样品的光致发光光谱及瞬态衰减曲线的测量做了介绍。在对基片进行镀膜时,我们采用分子束外延技术,在真空度约为10-5Pa条件下对样品进行蒸镀,并详细阐述了实验所用到的真空系统及监控系统的原理及操作。同时,还对光致发光光谱和瞬态衰减曲线的测量仪器做了简单的介绍。（3）第三章通过对Alq3:rubrene（x%）有机薄膜的光致发光及瞬态衰减过程进行测量,其中x取值从2%到50%。由薄膜器件的发光光谱图分析得出了有机薄膜器件发光均来自rubrene分子。还得出一组既能够使拟合曲线与实验曲线符合的很好,物理意义明确的速率方程组。且经过分析薄膜的瞬态衰减曲线,得出了激子裂变速率与分子间距之间的关系为指数下降规律。同时,由拟合的瞬态衰减曲线对激子裂变电子转移过程进行分析,验证了激子裂变的机制为“双电子转移模型,这对于明确激子裂变机制有重要的意义。