【摘要】：有機半導(dǎo)體材料因其造價成本低、柔性大、質(zhì)量輕、可折疊、易加工等特點,目前已廣泛應(yīng)用于有機場效應(yīng)晶體管、有機太陽能電池、有機發(fā)光二極管等光電器件中。通常,性能優(yōu)良的光電器件要求有機半導(dǎo)體材料擁有高的載流子遷移率。迄今為止,大量的新型有機半導(dǎo)體傳輸材料已被研究合成。其中,并五苯是最典型的p-型傳輸材料,但其較差的穩(wěn)定性、溶解性,以及在單晶中不完美的π軌道重疊限制了它的發(fā)展。研究表明,三烷基硅乙炔基(TAS)功能化會大大改善材料的空氣穩(wěn)定性、溶解性以及單晶中分子堆積模式。在分子晶體中,分子的結(jié)合依賴分子間弱相互作用,形色各異的分子間弱相互作用導(dǎo)致不同分子一般采取不同的堆積模式,同種分子在不同溫度、不同壓強下也會以不同的堆積模式進行堆疊。而有機半導(dǎo)體材料的電荷傳輸性質(zhì)高度依賴于分子間的相對位置,因此從理論上構(gòu)建起電子結(jié)構(gòu)-分子堆積-材料性質(zhì)之間的相互關(guān)系對解釋實驗現(xiàn)象、為實驗提供設(shè)計思路和理論支撐是至關(guān)重要的。本研究選取六種典型的TAS取代的并五苯(TAS-PEN)和蒽并二噻吩(TAS-ADT)分子作為研究對象,其中后者還涉及到順反異構(gòu)結(jié)構(gòu),通過對前線分子軌道、重組能、轉(zhuǎn)移積分、電離勢、電子親和勢、Hirshfeld表面分析、SAPT能量分解的計算和分析,結(jié)合分子動力學(xué)模擬和蒙特卡洛動態(tài)模擬,系統(tǒng)地研究了微觀電子結(jié)構(gòu)對材料空穴傳輸性能的影響、熱力學(xué)動態(tài)無序?qū)D(zhuǎn)移積分波動的影響以及分子間弱相互作用對分子堆積模式的影響。計算結(jié)果表明,這些分子更適合作為空穴傳輸材料。此外,具有并五苯骨架和較大TAS基團的分子擁有更小的空穴重組能。從這些分子晶體中可以觀察到一個有規(guī)律的現(xiàn)象,那就是TAS基團越大,最近鄰π堆積分子對的相對沿長軸滑移距離越大,與此同時,沿短軸的滑移距離越小。這個現(xiàn)象可用TAS基團增加的色散吸引與骨架之間的排斥作用的平衡關(guān)系來解釋。此外,端位噻吩環(huán)的取代會引入額外的靜電相互作用成分和大量的C-H?S弱氫鍵。SAPT能量分解和Hirshfeld表面分析表明這些額外的靜電相互作用是造成TAS-PEN系列分子和TAS-ADT系列分子堆積模式不同的根本原因。計算出的靜態(tài)空穴轉(zhuǎn)移積分和不考慮熱無序效應(yīng)的遷移率表明,與TAS-PEN系列分子相比,TAS-ADT系列分子有更好的本征空穴傳輸性質(zhì)。分子動力學(xué)模擬表明熱無序效應(yīng)對TAS-PEN材料的轉(zhuǎn)移積分波動有非常明顯的影響。而對于TAS-ADT系列分子材料,熱無序?qū)D(zhuǎn)移積分波動的影響相對較小,從而對空穴遷移率的影響也較小。更有趣的是,與反式結(jié)構(gòu)相比,順式TAS-ADT顯示出更強的非局域電子-聲子相互作用。我們推測:TAS-ADT晶體中大量的額外的C-H?S弱氫鍵會對晶體中的分子起到穩(wěn)固的作用從而導(dǎo)致了較輕微的轉(zhuǎn)移積分波動;順式TAS-ADT晶體中分子間更大的S?S重疊引起分子間交換排斥的增大,從而導(dǎo)致順式結(jié)構(gòu)更不穩(wěn)定,進而展現(xiàn)出更強烈的非局域電子-聲子耦合相互作用。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O649.5
【圖文】：

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文高，但是由雙極性傳輸材料制備的有機光電器件具有成本低、工藝簡單等特點，因此雙極性傳輸材料的研究是目前的一個研極性傳輸材料有 donor-acceptor 結(jié)構(gòu)的小分子[19, 20]。統(tǒng)的無機材料相比，由范德華作用結(jié)合在一起的有機分子晶體與強的電子-聲子耦合作用[21]，因此有機分子晶體的宏觀遷移率得多。雖然目前室溫下超純并五苯、紅熒烯等有代表性的有機率已經(jīng)達到數(shù)十 cm2V-1s-1,但是仍然比無機半導(dǎo)體材料單晶硅量級[10, 22]。因此通過分子結(jié)構(gòu)修飾、改善制備工藝和過程進而機小分子半導(dǎo)體材料仍然是研究者的熱門課題。

第 1 章 前言構(gòu)雙注入器件[23, 24]。OLED 的基本結(jié)構(gòu)如圖 1.2，從下到上依次為玻璃基底、陽極、空穴注入傳輸層、電子-空穴復(fù)合發(fā)光層、電子注入傳輸層、以及金屬陰極。陽極一般采用薄而透明的、具有高功函的銦錫氧化物（ITO），附著在玻璃基底上共同作為發(fā)光面；金屬陰極一般使用低功函的鋁、鎂、鋰、鈣等金屬。OLED 的發(fā)光原理如圖 1.2 所示，通電后，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到有機半導(dǎo)體傳輸層的導(dǎo)帶（conduction bands，簡稱 CB）和價帶（valence bands,簡稱 VB），外加電壓驅(qū)動二者在傳輸層中相向遷移并在發(fā)光層中相遇、結(jié)合形成激子。包括 25%的單重態(tài)激子和 75%的三重態(tài)激子。激子輻射躍遷失活釋放光子，從而發(fā)光。發(fā)光顏色與電致發(fā)光分子的前線分子軌道能級差相關(guān)。OLED 因其自發(fā)光、色飽和度高、響應(yīng)速度快、發(fā)光效率高、制作成本低等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于各設(shè)備的顯示屏中，例如：POS 機、電子稱、可視電話、計算機、數(shù)碼相機等。

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本文編號：2725874