新型可溶液涂覆激基复合物主体材料的合成及光电性能研究

作     者：冯盈利 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋伟

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：激基复合物 有机电致发光器件 可湿法加工 主体材料 

摘      要：迄今为止,为了获得性能优异的有机电致发光器件(OLEDs),发光层材料大多数采用主-客体掺杂体系,由此可见,在OLEDs的发展中,主体材料扮演重要的角色。基于自身双极传输特性、小单-三线态能隙、低开启电压以及简单的设计方法等优势,激基复合物(exciplex)主体材料在各种主体材料中脱颖而出。现阶段,大多数激基复合物主体材料均应用于真空蒸镀器件,相比之下,将其应用于可湿法制备器件的工作较少,其中获得高性能表现的更是屈指可数。湿法工艺有着蒸镀工艺不可匹及的优势:工艺成本低,流程简单,混掺条件易准确控制,材料利用率高,成膜面积大等,这些有利于可湿法制备器件的市场化生产,具有广阔的前景。因而,研究可用于湿法制备工艺器件的激基复合物主体材料显得尤为重要。前期本课题组对激基复合物的研究过程中发现给体分子和受体分子混掺后,在电激发条件下形成一种由给体分子自身相互作用而产生的电致激基缔合物,处于长波段的激基缔合物在器件中会造成能量的损失,影响器件的性能,这种情况在湿法器件中最为常见。如何抑制电致激基缔合物的产生并探究激基复合物的形成机理是本论文的主要内容。我们的研究从以下两点进行:1、首次通过烷基链螺二芴基团连接在经典给体分子4,4’,4’’-三(咔唑-9-基)三苯胺(TCTA)的外围,设计并合成出新型的可溶液加工的给体分子TCTA-O-SP,测试其热稳定性及光电性能。外围的螺二芴分子具有大的空间位阻效应,有效削弱给体分子间的相互作用,抑制电致激基缔合物的产生。烷基链的引入可维持TCTA原有的性质,TCTA-O-SP分子依然具有403℃的热分解温度和2.82 eV的高三线态能级。结果表明,等摩尔量TCTA-O-SP和三(4-(二苯基膦氧)苯基)苯PhPO相掺杂的室温荧光(PL)薄膜光谱在409 nm处产生了新发射峰,标志着激基复合物的形成;从TCTA-O-SP:PhPO和TCTA:PhPO的电致发光(EL)谱图对比中得出,前者激基缔合物的发光峰较后者有着明显的减弱,说明此分子设计思路是有效的。TCTA:PhPO和TCTA-O-SP:PhPO非掺杂器件的EL发光峰比PL发光峰红移了64和66 nm,说明在光致条件下形成的是局域态激基复合物,而电致条件下形成的是电荷转移态激基复合物。分别将TCTA:PhPO以及TCTA-O-SP:PhPO作为主体,蓝光磷光分子FIrpic作为客体,采用溶液旋涂技术制备了OLEDs,所得最大电流效率依次为19.2 cd A和24.6 cd A,都属于湿法蓝色磷光器件的理想性能范畴。2、为进一步探究局域态和电荷转移态激基复合物的形成机理,我们通过改变TCTA外围烷基链咔唑的数目,设计合成了两个不同的新型给体分子TCTA-O-CZ和TCTA-O-2CZ,并测试了它们的热稳定性及光电性能。外围烷基链咔唑基团数目的增加不仅可以有效抑制缔合物的形成,还可以调节给体分子与受体分子间相互作用的距离,是研究和验证激基复合物两种形成机理的有效手段。TCTA-O-CZ:PhPO形成的激基复合物固态薄膜PL发射峰在450 nm处,EL发射峰在480 nm处,说明此激基复合物在光致条件下以局域态存在,在电致条件下以电荷转移态存在;TCTA-O-2CZ:PhPO的PL谱图中没有新发射峰的产生,说明在光致条件下没有形成局域态激基复合物,但TCTA-O-2CZ:PhPO在EL谱图中产生了新发射峰(480 nm处),说明在电致条件下成功形成了电荷转移态激基复合物,从而验证了给受体间作用距离对激基复合物形成机理的影响。分别以TCTA-O-CZ:PhPO和TCTA-O-2CZ:PhPO为主体,FIrpic为客体,器件的启亮电压分别为4.2 V和5.1 V,说明烷基链的引入可能会抑制有效的电荷传输,影响载流子的传输平衡。