华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室 工作简报 2019年第8期 (总第61期)

2019-11-13 12

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摘要:

第五届“钙钛矿材料与器件青年学者论坛”在广州华南理工大学举办

2019年10月11-13日,第五届“钙钛矿材料与器件青年学者论坛” 在广州成功举办。此次“钙钛矿材料与器件青年学者论坛”由中国光学学会基础光学专业委员会主办,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室承办。

本次论坛由华南理工大学叶轩立教授、北京大学朱瑞研究员、上海交通大学赵一新教授、杨旭东研究员、南京工业大学王建浦教授和桂林电子科技大学张坚教授担任委员。论坛吸引了来自华南理工大学、清华大学、北京大学、浙江大学、中山大学、暨南大学和华侨大学等几十个高校的500多位科研工作者参加。

开幕式上,中国科学院院士、华南理工大学曹镛教授致欢迎辞,对全国各地青年学者的到来表示热烈欢迎,他表示钙钛矿光电子领域正蓬勃发展,希望青年学者继续努力,共同推动钙钛矿领域发展。

华南理工大学材料学院叶轩立教授主持论坛。会议期间,青年学者们围绕钙钛矿研究的热点问题,包括光电器件,理论计算与预测,钙钛矿物理化学性质研究,稳定性与铅元素替代研究,以及其他多元化应用等方面展开了交流和讨论。论坛共呈现了33个大会报告,72个邀请报告。大会设立了两个分论坛,主要就钙钛矿太阳电池和钙钛矿发光两大领域召开讨论。

分会上,华中科技大学李雄教授与中山大学毕冬勤教授就如何提高钙钛矿太阳电池效率做出了全面讲解,浙江大学刘杨博士也细致介绍了高效钙钛矿发光二极管的实现策略。此外,大会邀请了Wiley材料科学期刊编辑马露露博士作关于“Wiley材料科学期刊论文发表——如何提高稿件接受率”的报告。此外,苏州协鑫纳米科技有限公司总经理范斌就钙钛矿技术的产业化要点进行了报告,介绍了钙钛矿材料在产业化应用方面的机遇与挑战。

“钙钛矿材料与器件青年学者论坛”主要展示了我国青年学者在钙钛矿材料与器件上取得的最新进展及研究成果,并深入地探讨钙钛矿材料与器件面临的机遇、挑战及未来的发展方向,旨在促进我国钙钛矿研究领域科学和技术的发展,提供一个供我国从事相关领域的青年学者深入交流及合作的平台。通过大会组委会投票决议,下一届“钙钛矿材料与器件青年学者论坛”将在吉林大学举行。

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室——荷兰Simbeyond公司OLED仿真与建模合作实验室签约暨揭牌仪式举行

10月10日上午,发光材料与器件国家重点实验室—-荷兰Simbeyond公司OLED仿真与建模合作实验室举行揭牌仪式。Simbeyond首席执行官西博·范门斯福特博士,华南理工大学实验室与设备管理处马强处长,发光材料与器件国家重点实验室主任马於光教授、副主任陈炤,发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授,以及合作实验室的其他成员参加了签约暨揭牌仪式。

华南理工大学实验室与设备管理处处长马强在致辞中表示,希望通过与Simbeyond公司的合作,取得更大的研究成果,并祝愿合作实验室办得成功,办得圆满。

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验主任马於光教授对合作关系的成立表示热烈的祝贺,希望双方按照“互利共赢、共同发展”的原则,成功地开展合作,取得更多的研究成果。

Simbeyond首席执行官西博·范门斯福特博士表示,Simbeyond为能够与中国OLED领域最著名的研究组——华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室开展合作而感到骄傲。这强化了Simbeyond在中国市场的地位并使得Simbeyond能够以华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室为平台向其中国客户实地展示该软件。

发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授在讲话中指出,与世界一流的OLED建模仿真提供商Simbeyond建立合作关系,将为本实验室建立一个理论计算模拟的平台打下坚实的基础,为我们探索新的研究领域提供很大的帮助。

随后,苏仕健教授与西博·范门斯福特博士代表双方签署并交换了合作协议,马於光教授与西博·范门斯福特博士共同为发光材料与器件国家重点实验室—-荷兰Simbeyond公司OLED仿真与建模合作实验室揭牌。根据协议,双方按照“互利共赢、共同发展”的原则,开展合作。发光材料与器件国家重点实验室将建立一个OLED器件理论计算模拟的平台。Simbeyond公司以发光材料与器件国家重点实验室为基点向中国OLED行业展示其先进技术。

Simbeyond公司简介:

Simbeyond是一家位于荷兰 “硅谷”埃因霍温地区的高科技公司,Simbeyond加速先进材料和高科技器件的开发,这些先进材料和高科技器件应用于最先进的显示、照明和标识牌等应用。Simbeyond提供了前所未有的用于开发有机电子器件的专业知识、软件解决方案、项目及服务。利用OLED领域的解决方案和服务,Simbeyond的客户用计算机仿真代替了大部分昂贵且费时的实验工作。其独特的方法使得客户可以分析、预测并改善器件性能。Simbeyond的解决方案使得器件制造商可以优化器件结构,使得化学材料商可以发现、改进并测试新型材料。这样使得产品上市时间大大缩短并显著降低当前和未来电子器件的研发成本。

曹镛等教授为2018材料类全英创新班本科生做讲座

10月10日下午,曹镛教授以《有机/高分子光电功能材料与器件的发展与展望》为题,为华南理工大学先进材料国际化示范学院2018级材料类全英创新班(简称“材创班”)的本科生做了一场讲座。

曹镛教授从上世纪50年代日本井口洋夫教授首次提出有机半导体概念开始,深入浅出地介绍了有机/高分子光电功能材料与器件领域的发展历史。他结合本人从70年代开始在钱人元先生领导下在国内参与这一研究领域研究的经历,介绍了这一研究领域各个发展的阶段的演进,在每一阶段所发现的新的科学问题,及这些问题解决过程中的如何发展出新的理论及新的科学概念的发现。辩论到取得共识的过程及在这一过程中从事这一领域的学者如何探索新材料及器件的重大应用。介绍了我国科学工作者在这一领域如何从跟跑、并跑到今天在这一领域的若干方向全球领跑的历程。同时,曹镛教授也向同学们介绍了目前这一领域近3-5年有可能获得突破的研究热点及未来5-10年探索的新的基础研究方向及重大科学问题。

曹镛教授还向同学们介绍了发光材料与器件国家重点实验室在有机光电领域近年所取得的重大进展及目前正在进行研究。讲座激发了同学们的浓厚兴趣,同学们踊跃提问,曹教授认真回答了同学们的问题。同时,曹镛教授还本届创新班同学本科毕业后的和职业规划作了调研。

报告结束后,苏仕健教授、陈军武教授、黄飞教授分别向同学们介绍了各自课题组的研究领域及研究现状;王磊研究员就实验室与创维公司合资建立的创新公司在有机光电材料与器件领域在产业化应用方面长期的努力与所取得的巨大进展给同学们做了深入介绍。

科技部基础司许竹青一行来实验室调研

10月18日下午,科技部基础司许竹青一行来实验室调研实验室科研项目保密安全工作情况。实验室副主任黄飞教授向许竹青一行详细介绍了实验室的整体情况,近年来在科研创新、人才培养和队伍建设及国际合作交流等方面取得的成绩。

许竹青一行参观了发光材料与器件国家重点实验室的超净室、超快光学平台、小角度x射线散射式、等仪器测试平台,并重点参观了成果展示室。

在成果展示室,黄飞教授向许竹青一行介绍了他们很感兴趣的柔性AMOLED显示屏的研究背景、材料特点,以及产业化中存在的问题。黄飞教授还为许竹青一行介绍了氧化物TFT背板、透明OLED显示、半透明有机太阳电池、OLED护眼台灯、近红外长余辉生物标记材料等成果的研究背景和材料特点。许竹青对实验室的建设发展以及取得的原创性成果给予了很高的评价。

在座谈交流会上,双方就实验室科研项目的保密安全工作进行讨论。许竹青一行还仔细询问了实验室建设中遇到的问题以及在评估指标体系中的建议。

发光材料与器件国家重点实验室开展2019级研究生新生安全培训会

为加深学生对实验室和实验室安全管理的了解,提高新生的实验室安全意识和突发事故应对能力。发光材料与器件国家重点实验室于10月26日晚在国重N308A报告厅举行2019级研究生新生培训会。此次培训会是学生进入实验室进行实验的前提条件,是学生安全工作的重要一环。培训会由实验室副主任陈炤老师主持。

首先,实验室主任马於光教授代表实验室对新生表示热烈的欢迎,并为新生详细介绍发光材料与器件国家重点实验室的基本情况、研究方向、人才培养及研究生的具体情况。他指出研究生阶段,是一种非常重要的训练,是一种思维的训练,也是一种技能的训练,是解决未知问题、创新能力的训练。研究生是创造力最旺盛时期,希望同学们好好把握这段黄金时期,努力学习、增强能力、乐观向上、学有所成,成为对社会有贡献的人。

随后,实验室技术人员张杰老师和王剑斌老师就化学实验室规章制度及物理、超净室规章制度进行讲解。张杰老师列举了华南理工大学的多个安全事故案例,分析事故发生的原因,详细向新生讲解实验室人员的责任及应遵守的规章条例。同时,向新生讲解化学品的使用原则、特殊化学品购买及保管规定以及化学药品泄露处理方法。王剑斌老师从洁净室的基础知识出发,向新生讲解洁净室进出人员管理条例及违规处罚措施。

最后,实验室秦安军教授给新生做安全教育培训。秦安军教授就实验室安全工作背景、实验室安全内容、香港实验室安全管理简介等三个方面的内容进行详细的讲解。秦安军教授从实验室常见安全事故及急救方法出发,引出高校实验室的特点、实验室常见安全事故类型及危害。秦安军教授指出,实验室安全事故发生的原因(个人)主要有:安全知识的匮乏、怕麻烦、图省事、麻痹侥幸的心理和惰性心理的影响。接着,秦安军教授列举国内外近几年发生的实验室事故案例,指出实验室安全状况的严峻性。就实验室的消防安全,气瓶管理,高温高压设备管理,易燃易爆、有毒性、腐蚀性等危险化学品管理等内容,对学生进行了全面培训,并向新生详细讲解火灾、中毒、触电等安全事故的应对方法。秦安军教授还从内地及香港实验室的安全管理制度着手,并围绕各个风险点着重讲解了实验室安全管理的严格要求。秦安军教授希望同学们进入实验室后一定要按照负责老师的要求做好个人防护,严格遵守实验室的规章制度,以最大限度降低实验室安全风险。

此次实验室培训,不仅有效提高2019级新生的安全知识水平和突发事故应对能力,更是增强了新生对实验室安全问题的重视和责任感,为创造安全健康的实验室提供了坚实的保障。培训结束后新生将进行相关知识考核,考核合格者,签订“实验室安全承诺书”后,方可进入实验室进行实验。

 

“光电学术讲座”第三十八讲开讲

10月25日(星期五)下午 15:00,“光电学术讲座”第三十八讲在国重报告厅N308开讲。马东阁教授以“OLEDs中的激子及其高效利用”为题向师生们做了一场精彩的报告。

有机发光二极管OLEDs是新一代显示和照明技术,其应用取决于效率、寿命和成本,因此如何在低成本、长寿命材料中高效利用激子成为关键。在报告中,马东阁教授主要介绍了OLEDs中的激子及其高效利用的相关问题及其方法,以及相关方法取得的重要进展,并对OLEDs的未来发展方向进行了展望。

 

 

发光材料与器件国家重点实验室主要研究进展介绍

Ⅰ. 基于有机太阳电池中给受体能级差对辐射效率的调制效应,利用器件电致发光效率来解析能级差

二十年来的科学研究表明,采用有机半导体作为核心光电转换材料的有机太阳电池,具有低成本、柔性、可大面积溶液加工等独特优势,是非常具有前景的新一代太阳电池技术。在有机太阳电池中,通常需要电子能级不一的给体和受体材料构成体相异质结,以此离解经光激发后形成的紧束缚电子-空穴对,形成光电流。近年来,得益于全新的小分子受体材料的发展,有机太阳电池的光电转换效率突飞猛进,目前经过认证的能量转化效率已经超过16%。支撑上述迅速发展的材料科学基础在于,近年兴起的非富勒烯基小分子电子受体能够大大降低驱动紧束缚电子-空穴对拆分所需的能级差,从而提高了能量的利用效率。因此,给受体能级差在实现高效光电流产生、降低能量损耗乃至获得高的能量转化效率中起着决定性的作用。然而,目前仍缺乏有效的技术手段对复杂给受体相界面的电子能级差进行准确的评价。

近日,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室吴宏滨教授课题组和西安近代化学研究所高潮研究员、南方科技大学梁永晔教授等课题组合作报道了基于有机太阳电池中给体/受体之间电子能级差对其辐射效率的调制现象,提出了以辐射效率(电致发光效率)测量作为方便、可靠的给体/受体异质结能级差评判方法。

图示1 有机太阳电池辐射效率受到给受体能级差的调制。不同能级差形成的注入势垒,会影响器件的辐射效率,基于这一原则,作者提出新的给体/受体体异质结能级差评价手段。

考虑到不同给体/受体异质结的能级差同时对应不同的电致发光载流子注入势垒,研究人员首先系统研究了有代表性的高性能给体/受体材料体系,其电压损失尤其是由于存在非辐射跃迁复合造成的电压损失,对器件的辐射效率的依赖关系。研究表明,随着给体/受体能级差的减小,器件的辐射效率显著提高,且上述电压损失与器件的辐射效率的对数呈显著负相关。这一发现,为以辐射效率作为评判给体/受体之间的能级差大小提供了实验依据。进一步地,利用这个测量方法,结合器件性能和内量子效率的测量结果,统计得到相对最优的给受体能级差—并以辐射效率测量值的方式直观呈现。在此能级差附近,有机太阳电池以最小的能量损失代价实现高效的光电转换,从而获得最高的能量转化效率。结合上述实验结果,基于Shockley−Queisser框架的单结有机太阳的理论极限效率被确定在29-31%之间。

 

图示 2 所研究的高性能给体/受体材料体系中,其电压损失尤其是非辐射跃迁复合造成的电压损失,对器件的辐射效率的依赖关系 (a); 要获得最优的能量转化效率,器件需要平衡光电流产生效率和非辐射跃迁复合造成的电压损失,这些具体条件的获得,在实践中可以通过器件的辐射效率测量来确认(b) 。

相关研究成果以“Assessing Energy Offset between Electron Donor/acceptor Interface in Organic Solar Cells through Radiative Efficiency Measurement”为题发表在RSC出版集团旗下期刊Energy & Environmental Science上,其中通讯作者为吴宏滨教授,第一作者为谢源博士。Energy & Environmental Science是英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry,RSC)的会刊,是国际能源领域的顶级期刊之一。该研究工作得到了中国博士后科学基金会、科技部和国家自然科学基金委等科研项目的资助。

论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02939g

Ⅱ.界面强化非富勒烯体系有机太阳能电池的T80寿命超过20年

有机太阳能电池由于它的轻质量、柔性、美观和无毒的特性使得其在在未来能够广泛的应用。在过去的几年年中,得益于新的给体和非富勒烯受体材料的发展,有机太阳能电池的效率从最开始的6%大幅提升了到了16%。然而,有机太阳能电池的稳定性问题使得其在实际的应用仍然面临诸多挑战。因此,探索优化有机太阳能电池的方法,对于提高有机太阳能电池器件的光稳定性具有重要的意义,也是实际应用的迫切需求。

近日,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室叶轩立教授课题组报道了一种提高高效非富勒烯体系器件稳定性的方法。作者通过C60-SAM修饰氧化锌界面的方法提升了PTB7-Th:IEICO-4F体系稳定性(尤其是光稳定性)。他们发现经过修饰之后的倒装器件不仅能够提升效率还能够大幅提升器件光稳定性。通过对不同衬底的薄膜进行形貌表征后可以看到,PTB7-Th:IEICO-4F共混薄膜在C60-SAM衬底上的形貌更加稳定,这主要因为C60-SAM相比于氧化锌界面低的表面能特性改变了给受体的垂直相分离状况。得益于ZnO/C60-SAM衬底上薄膜形貌的稳定,以及C60-SAM的钝化ZnO表面缺陷的作用。器件载流子的复合和传输性能在长时间光照下影响很小,从而导致器件的效率能够保持稳定。最终,通过对在一个太阳光下照射了2000小时的归一化效率曲线进行拟合,外推T80数值达到34000小时,按照我国每年约1500 kWh/(m2 year)的太阳辐射量来计算,器件寿命可以达到22年,这是目前已报道的有机太阳能电池稳定性最好的器件之一。

相关研究成果以“Interface-enhanced organic solar cells with extrapolated T80 lifetimes of over 20 years”为题已在线发表在 Science Bulletin期刊(DOI:10.1016/j.scib.2019.10.019),其中通讯作者为华南理工大学叶轩立教授,第一作者硕士研究生徐翔。该工作得到了国家重点发展研究计划、国家自然科学基金和中央高校基础研究的经费支持。

 

10月份境内外学者来国重室访问交流情况


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