【摘要】：隨著有機光電子學的發(fā)展,摻雜無定形有機半導體在有機光電器件中得到了廣泛應(yīng)用。目前,對摻雜無定形有機半導體的電荷傳輸機理和激子動力學的研究還不完善。本論文結(jié)合理論計算和實驗,系統(tǒng)研究了摻雜對無定形有機半導體的電荷傳輸?shù)挠绊?基于激子動力學,系統(tǒng)研究了熱活化敏化發(fā)光器件的效率滾降和器件壽命。主要成果為:1.通過實驗和蒙特卡洛模擬(MC),系統(tǒng)地研究了陷阱對無定形有機半導體遷移率的影響,提出競爭性跳躍傳輸模型合理地解釋了無定形有機半導體的陷阱效應(yīng)。實驗和MC模擬均表明,對淺陷阱而言,遷移率隨陷阱深度增加而減小;深陷阱的引入對遷移率沒有顯著的降低作用,但大大降低了器件中的有效傳輸載流子濃度。淺陷阱顯著增大了體系的有效能量無序度,而深陷阱對有效能量無序度的影響較小�；陔x傳輸能級越近的載流子發(fā)生到傳輸能級的跳躍幾率越大的思想,本文提出了競爭性跳躍傳輸模型。模型的結(jié)果很好地解釋了實驗上的遷移率-溫度關(guān)系、遷移率-載流子濃度關(guān)系和遷移率-陷阱深度關(guān)系。2.以8-羥基喹啉鋁(Alq_3):4,4'-N,N'-二咔唑基聯(lián)苯(CBP)蒸鍍薄膜作為研究對象,系統(tǒng)研究了摻雜無定形有機半導體的遷移率隨摻雜濃度的變化規(guī)律。Alq_3:CBP摻雜半導體的遷移率隨CBP濃度的增加先下降后升高。當CBP摻雜濃度超過10%時,遷移率-摻雜濃度關(guān)系與滲流理論實現(xiàn)了很好的擬合。CBP的空穴和電子傳輸滲流閾值分別為9%和8.3%。利用短程有序假設(shè)計算了CBP跳躍傳輸?shù)呐湮粩?shù),結(jié)合鍵滲流理論,對CBP的滲流閾值實現(xiàn)了準確地預測。3.通過對主客體摻雜型OLED器件的激子動力學進行研究,證明當主體的小單-三線態(tài)劈裂(ΔE_(ST))和主客體間的大能量傳遞速率同時滿足時,熱活化敏化發(fā)光可以同時實現(xiàn)高效率、低效率滾降和長器件壽命。TADF器件的效率滾降的主要原因是單線態(tài)-三線態(tài)湮滅和三線態(tài)-三線態(tài)湮滅。導致TADF器件具有高效率滾降的主要原因是:同一分子難以同時具有小ΔE_(ST)和大輻射躍遷速率,從而具有低三線態(tài)濃度。熱活化敏化發(fā)光利用了主客體間快速的能量轉(zhuǎn)移,可以有效降低三線態(tài)濃度,從而在高亮度下降低器件的發(fā)光效率損失,實現(xiàn)低效率滾降。同時,低三線態(tài)濃度降低了主體通過TPA生成缺陷的速率,從而使熱活化敏化發(fā)光的亮度隨時間的衰減變慢,使器件壽命變長。
[Abstract]:With the development of organic optoelectronics, doped amorphous organic semiconductors have been widely used in organic optoelectronic devices. At present, the study of charge transfer mechanism and exciton dynamics of doped amorphous organic semiconductors is not perfect. In this thesis, the effect of doping on charge transfer in amorphous organic semiconductors is systematically studied, and based on exciton dynamics, the efficiency drop and device lifetime of thermally activated sensitized light emitting devices are systematically studied. Key results are: 1. The effects of traps on the mobility of amorphous organic semiconductors are systematically studied by experiments and Monte Carlo simulation (MC),. A competitive jump transport model is proposed to explain the trap effect of amorphous organic semiconductors reasonably. Both experiments and MC simulations show that for shallow traps, mobility decreases with the increase of trap depth, and the introduction of deep traps has no significant effect on mobility reduction, but greatly reduces the effective carrier concentration in the device. Shallow traps significantly increase the effective energy disorder of the system, while deep traps have little effect on the effective energy disorder. In this paper, a competitive jump transfer model is proposed based on the idea that the carrier closer to the transfer energy level is more likely to jump from the carrier to the transfer level. The model results well explain the experimental mobility-temperature relationship, mobility-carrier concentration relationship and mobility-trap depth relationship. 8-hydroxyquinoline aluminum (Alq_3): 4,4-N, N-dicarbazole-based biphenyl (CBP) evaporation film was used as the research object. The variation of mobility of doped amorphous organic semiconductors with doping concentration has been studied systematically. The mobility of ALQ _ 3:CBP doped semiconductors decreases first and then increases with the increase of CBP concentration. When the doping concentration is more than 10%, the mobility-doping concentration relationship is well fitted with the percolation theory. The hole and electron transport thresholds of CBP are 9% and 8.3%, respectively. Based on the assumption of short range order, the coordination number of CBP jump transmission is calculated, and the percolation threshold of CBP is predicted accurately by using bond percolation theory. 3. By studying the exciton dynamics of host-guest doped OLED devices, it is shown that when the small single-triple state splitting (螖 E _ (ST) and the high energy transfer rate between host and guest are satisfied, Thermal activation sensitized luminescence can simultaneously achieve high efficiency, low efficiency roll-off and long device lifetime. The main reasons for the efficiency roll-off of TADF devices are singlet-triplet annihilation and triplet-trilinear annihilation. The main reason for the high efficiency roll-off of TADF device is that it is difficult for the same molecule to have small 螖 E _ (ST) and large radiative transition rate at the same time, so it has a low concentration of triplet state. Thermal activation sensitized luminescence makes use of the fast energy transfer between host and guest, which can effectively reduce the concentration of triplet state, so as to reduce the loss of luminous efficiency of the device at high brightness and realize the low efficiency roll-off. At the same time, the low triplet concentration reduces the rate of defects generated by the main body through TPA, so that the brightness of thermally activated photoluminescence slows down with time, and the lifetime of the device becomes longer.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN30

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