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电致发光和光伏电池是光电功能材料在应用领域的两大研究热点课题,改善材料的稳定性和提高效率是材料研究的重中之重。聚合物材料可以通过简单甩膜工艺制备器件,但聚合物材料难纯化的问题制约着其发展;小分子材料易纯化,但需要蒸镀制备薄膜器件,成本高,同样制约其发展。本文的研究目的是合成稳定高效的且又能通过简单制膜方法制成无定形态薄膜的具有光电功能的小分子材料。取得创新性结果如下:
1.合成了一种含联二萘的空穴传输材料,材料的玻璃化转变温度比常用材料NPB提高了32℃,HOMO能级与NPB相当。通过溶剂诱导可以生长单晶,而且通过溶液甩膜和真空蒸镀都可制得无定形薄膜。以其为传输层,Alq3掺杂C545为发光层的LED器件的最大亮度达到48000 cd/m2以上,电流和功率效率高达20 cd/m2和20 lm/W以上,比同样结构的以NPB为传输层的器件的性能有很大提高。该材料有望取代NPB作为电致发光器件的传输材料在OLED中得到应用。
2.合成了以三苯胺为核的、含三苯胺和苯并噻二唑单元的、具有星形结构的红光材料,并且合成了双链和单链相连接的线性化合物作为对比。三种材料即可作为红光发光材料,同时也可作为红光组分用于产生白光发射。将三种材料与聚芴及衍生物掺杂,制备了发白光器件,器件的亮度在3200~4000cd/m2,效率都在1.0~1.3 cd/A。其中星形红光材料的掺杂浓度仅为双链和单链化合物的十分之一。
3.合成了联二萘处于分子中心和两端的两个系列的发蓝光,蓝绿光和红光的发光材料共6种。引入联二萘单元可控制分子的共轭程度,并提高了分子间的空间位阻,可获得无定形材料;结果表明通过引入三苯胺给体实现了蓝光发射(436 nm),引入受体苯并噻二唑,通过分子内电荷转移分别实现了绿光(532 nm)和红光(626和649 nm)发射。
4.合成了两种以三苯胺为给体,苯并噻二唑单元或DCM单元为受体的化合物,利用分子内电荷转移态(D-B-A-B-D)来降低分子的能隙从而拓宽分子的吸光范围的小分子无定形的光伏材料。通过掺杂PCBM和甩膜方法制备了光伏器件,器件的效率分别为0.23%和0.26%。另外以一种以三苯胺为核的通过三键与红光生色团相连的星形材料掺杂PCBM为活性层,同样通过甩膜的方法制备了光伏器件,材料的良好的成膜性等因素使器件的短路电流提高了2倍以上,效率也达到0.51%
5.合成了一种以咔唑为给体的、苯并噻二唑为受体、具有非对称结构的(D-B-A-B’-D)的小分子橙红光材料。材料在粉末状态的发射最大峰位置比溶液中红移了17 nm,但同时半峰宽也由98 nm减小到57 nm,是一种具有很高色纯度的橙红光发光材料。晶体结构显示分子堆积成梯形结构,分子内存在π-π相互作用和弱的给受体相互作用。