实验室陈东成副教授团队：有机平面pn异质结中的层层直接复合

有机半导体中电子－空穴复合是决定器件性能的关键过程。经典朗之万理论基于载流子均匀分布假设，但在给体-受体本体异质结中出现偏差，因此发展了多种修正复合模型。相比之下，平面pn异质结中复合受限于界面分子相互作用，现有模型对其界面复合动力学的解释尚不完善。一是现有复合模型在平面异质结发光二极管中的适用性缺乏实验验证；二是这些模型无法解释实验中观测到的长程复合过程。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的陈东成副教授课题组发展了有机平面pn异质结的复合模型，提出了层层直接复合（Layer-to-layer direct recombination, LLDR）模型，实现了对有机平面pn异质结发光二极管的电学特性模拟，同时在理论上指出了长程复合的合理性，进一步加深了对有机平面pn异质结的理解。

对有机平面pn异质结进行建模，基于Miller-Abrahams跳跃理论，从电流定义式作为出发点，推导得到有机平面pn异质结中层层直接复合下的电子-空穴复合系数r为：

其中，v₀是尝试跳跃频率，γ是离域常数，d是距离界面最近的p型与n型单分子层之间的平均距离，Δd是ΔD的一半，而ΔD是距离界面最近的p型与n型单分子层的平均厚度。

将所提出的LLDR模型与一维漂移－扩散仿真相结合，能够准确复现平面pn-OLED的温度相关电流密度－电压特性曲线。研究进一步表明，分子间相互作用的强度可通过离域常数进行量化表征，且最大允许复合距离随相互作用强度的增强而增大，从而为实验观察到的长程复合现象提供了机理层面的解释。此外，该模型还揭示了，在平面pn异质结器件中增强分子间相互作用可降低驱动电压，并提升不同偏压条件下的光谱一致性。

相关研究成果以“Layer-To-Layer Direct Recombination inOrganic Planar p/n Heterojunctions”为题发表在Macromolecular Rapid Communications上，其中通讯作者为陈东成副教授，第一作者为陈绍枫硕士生。该研究工作得到了国家重点研发计划（项目号：2020YFB0408000）、广东省科学技术厅（项目号：2019TQ05C778）以及广东省基础与应用基础研究基金（项目号：2019A1515011639）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/marc.202500950