有机光电学术讲座第五十六讲

报告题目1：基于五环非富勒烯受体设计合成及其光伏性能研究
报  告  人：魏文魁 博士
报告摘要：近年来，得益于非富勒烯受体材料的发展，基于Y系列的七环（heptacyclic）受体有机太阳电池（OSC）其光电转化效率超过了19%。然而，七环受体在合成上会使用到3-十一烷基噻吩并[3,2-B]噻吩。该化合物合成路线长且市场价格高（1174 元/5 g），不利于未来有机太阳电池商业化。本工作中，我们使用3-辛基噻吩（75 元/5 g）替代烷基噻吩并[3,2-B]噻吩，设计合成了一系列五环（pentacyclic）受体。一方面，五环受体降低了材料整体的合成成本；另一方面，五环受体分子内电荷转移效应减弱，吸收光谱蓝移，导致短路电流密度降低。因此，为了提高五环受体OSC的器件效率，我们提出了两个解决思路。第一，我们摒弃常见的PM6给体，转而采用具有更深HOMO能级的给体材料，成功增大了五环受体器件的开路电压。第二，我们通过晶体工程实现了对五环受体分子堆积方式调控，成功提高了迁移率，增大了填充因子。此外，我们首次在五环受体的单晶中观察到了三维网络的堆积结构。这项工作为低成本五环受体未来的发展提供了思路，同时也建立起了五环受体“结构—性质—性能”的关系。

报告题目2：近红外光响应非富勒烯受体小分子的合成及其光电性能研究
报  告 人：杨明群 博士
报告摘要：具有近红外吸收的电子受体是构筑有机太阳电池和近红外有机光电探测器的关键材料。尤其是近年来受体-给体-受体（A-D-A）或者A-DA'D-A型近红外（NIR）非富勒烯受体（NFA）的快速发展，更是推动了有机太阳电池的能量转换效率突破了20%以及可以与硅探测器媲美的近红外有机光电探测器。这里，我们首先开发了一种新型氰基取代的氰基茚酮端基，CN-IC。基于其制备的A-DA'D-A型电子受体的光学带隙低至1.29 eV。窄的光学带隙和深的能级使其具有广泛的光收集范围和匹配高效聚合物给体的能力，最终获得了18.1%的能量转换效率。进一步地，基于CN-IC的强吸电子能力，结合延长共轭长度，我们构筑了一种吸收边超过1100 nm的新型非富勒烯受体小分子，BTPV-CN。并且我们发现氰基的引入会显著增大受体和共混膜的介电常数，促进激子解离，结合器件工艺优化抑制暗电流，最终基于BTPV-CN的近红外有机光电探测器同时实现了与硅探测器媲美的响应度和探测率。这些结果表明，CN-IC在构建近红外电子受体方面具有巨大的潜力。

报告题目3：基于FB01增益介质的激子动力学和电泵浦激光模拟研究
报  告  人：毛  雨 博士
报告摘要：有机半导体增益介质由于具有大的受激辐射截面、宽的光谱覆盖范围、可溶液加工和良好的生物兼容等性质，构筑的激光器件可广泛应用于生物监测、气体探测以及平板显示等领域，因此其研究备受关注。然而目前绝大多数有机半导体激光器只能在光泵浦下工作，如何实现电泵浦有机激光是有机光电领域的重大挑战。这需要有机半导体增益介质必须具有高的发光效率、大的受激辐射截面、低的激光阈值、良好的稳定性、平衡的载流子注入、小的三线态吸收截面和慢的单线态-三线态湮灭速率（STA）等特性，这无疑对有机半导体增益介质提出了更高的要求。因此，探究高效有机半导体增益介质材料，并对其激子损耗机制进行深入研究具有重要意义。我们通过ASE测试，发现 FB01 分子具有优异的受激辐射特性，并且对其分别与普通荧光主体CBP和TTA主体-AND掺杂的体系进行性能比较，探究TTA效应在其中发挥的作用。在光泵浦下，CBP:5%FB01掺杂薄膜的ASE 阈值低至0.31μJ cm^-2，-AND:5%FB01掺杂薄膜的ASE 阈值低至1.21 μJ cm^-2。并在 OLED 的基础上，通过减小有效面积以及使用脉冲电源激励，-AND:5%FB01的 OLEDs 可以实现约1kA cm^-2的大电流密度。通过建立激子动力学方程，拟合瞬态电致发光曲线，发现-AND:5%FB01增益体系具有更低的 STA 速率。基于拟合速率常数，理论上分析了 CBP:5%FB01掺杂与-AND:5%FB01掺杂体系的激子损耗、增益特性和激光电流阈值。得出，CBP:5%FB01掺杂与-AND:5%FB01掺杂体系实现电泵浦激光的阈值电流密度和增益时间窗口分别为23 kA cm^-2 和 2.1 ns、4.0 kA cm^-2 和 10.5 ns。通过引入TTA效应，可以一定程度上缓解STA损耗，但想要实现连续电泵浦有机激光还需要进一步提高材料的TTA速率。

报告题目4：金属氧化物薄膜晶体管驱动Micro-LED显示的研究
报  告  人：姚江波 博士
报告摘要：Micro-LED集合了OLED和LCD显示等优点、兼顾高亮度、高色域、高对比度，又能有长寿命、低功耗及无限形状大小拼接等优点，是未来显示屏幕集大成者，必将应用到未来显示的各个方面。本文分析了Micro-LED拼接大尺寸显示的关键技术，重点研究驱动背板技术。通过对比各种背板技术，发现IGZO背板是更加适合未来大尺寸Micro-LED显示的驱动背板技术，但当前IGZO背板要应用到Micro-LED显示还存在迁移率低、稳定性不佳等问题。本文提出了改善IGZO背板迁移率、稳定性的研究方向及具体方案：1.迁移率主要改善方向为新型的氧化物材料、新型的氧化物结构及短沟道器件；2. 稳定性的改善主要从工艺优化、减少光照影响及新型器件结构等方向。最后基于高迁移率高稳定性金属氧化物背板进行Micro-LED转移验证并制备样品，通过对Micro-LED样品光学及信赖性测试确认高迁高稳的金属氧化物TFT背板满足驱动Micro-LED显示需求。

报告题目5：溶液加工发光层的微观调控对有机发光二极管性能影响的研究
报  告  人：雷金玉 博士
报告摘要：共轭有机物由于不同长度链段组成的复杂性以及存在链间相互作用等因素，影响着它们的电荷输运特性,如电荷迁移率低、电荷陷阱；同时陷阱辅助复合、阴极淬灭等也严重制约了有机发光二极管的性能提升。对有机半导体发光层薄膜的研究至关重要，对相关复杂的多尺度微观形态的了解有助于理解“微观结构-器件性能”的关系，指导器件性能的优化。将芳基胺和三芳基硼分别作为给、受体单元，合成了一系列具有 TADF 性质的硼、氮嵌入在螺环两侧的给受体分子，以三苯胺为给体单元的硼氮杂螺环分子为发光层，通过溶液法制备了 OLED 器件，其中黄光器件EQE 高达 22%，是 D-A 型螺环 TADF 分子的溶液法 OLED 器件的最高值之一。

报告题目6：TADF发光半导体中电荷传输机制研究
报  告  人：李淑信 博士
报告摘要：热激活延迟荧光（TADF）材料打破了三重态激子无法被利用的禁锢，实现了理论上100%的激子利用率，并且能够通过溶液加工的方式制备器件，有望成为下一代有机荧光发光材料。然而，目前TADF材料普遍存在寿命较短的问题，且尚未有人研究TADF器件效率衰减机制。究其原因，是由于TADF材料载流子传输机制与给受体基团的关系尚未有所研究，对TADF器件的研究大部分停留在对材料的开发与制备上。研究TADF器件的电致老化机理，需要对器件内部电荷传输进行量化分析。由于TADF材料能够充分利用三重态激子，因此激子浓度较大，且容易相互淬灭，导致发光效率偏低。目前普遍采取主客体掺杂的体系减少淬灭问题。但掺杂后材料内部载流子传输方式的变化及影响尚未有报道和研究。在这里，我们通过制备单载流子器件，并探究不同掺杂比例的载流子行为，将不同比例的下的电子和空穴进行单独研究和理论模拟计算，提出主客体掺杂后的载流子的传输模型，揭示了特定比例下器件效率最高的科学依据，量化了器件电子和空穴传输关系，并为TADF材料给受体基团的设计及主客体掺杂体系最优比例给出指导建议。

报告时间：2023 年 07 月 14日 （周五）14:00 – 17:30
报告地点：北区科技园1号楼国重N308A报告厅