有机非线性光电过程及其在有机发光二极管中的应用

Organic photoelectric process is international frontier of the organic optoelectronics. Recently, the nonlinear photoelectric process becomes the new research focus of the field. Nonlinear organic photoelectric process is essentially conversion process between spin multiplicities of the excited states, such as singlet fission and triplet fusion processes. This project aims to utilize in-situ testing techniques, for instance magnetic field effect, transient electroluminescence, and photoluminescence measurements, to investigate the physics process and influence factors of nonlinear photoelectric phenomena. And then design and fabricate OLEDs based on the principle of nonlinear photoelectric process to realize the electric-pumped energy up-conversion and electroluminescence with high external quantum efficiency. The originality of this project is combining with a variety of in-situ testing technologies, to reveal the spin factors influencing the nonlinear photoelectric process and the development of OLEDs based on new principle. This project shows very important science significance in organic optoelectronics.

有机光电过程是有机光电子学研究领域的国际前沿，最新研究发现，有机非线性光电过程成为该领域最新的研究焦点。有机非线性光电过程本质上激发态自旋多重态之间的非线性转换过程，例如单线态裂变和三线态聚变过程。本项目拟采用多种磁场效应、瞬态电致发光、光致发光等原位测试技术，研究有机非线性光电现象的物理过程和影响因素，并在此基础上，设计和开发基于非线性光电过程的新型OLED器件，实现基于新原理的电致发光能量上转换器件和超高外量子效率的电致发光器件。创新性体现在采用多种原位测试技术联用的方发，揭示与自旋有关的因素影响非线性光电过程的规律，开发基于新原理的OLED器件，该项目的顺利进行对丰富有机光电子学理论具有非常重要的科学价值。

有机光电过程是有机光电子学研究领域的国际前沿，最新研究发现，有机非线性光电过程成为该领域最新的研究焦点。有机非线性光电过程本质上激发态自旋多重态之间的非线性转换过程，例如单线态裂变和三线态聚变过程。本项目采用磁场效应、瞬态电致发光等原位测试技术，研究了三线态聚变过程，并设计、制备了基于三线态聚变的发光器件。在本项目的支持下，在Nat. Commun., Mater. Sci. Eng. R, J. Mater. Chem. C和Org. Electron. 等一区期刊上发表文章8篇，包括一篇综述文章；申请专利2篇；参加4次会议并作报告2次，其中1次邀请报告； .在主要研究结果如下：.1、研究发现三线态聚变可以降低器件的开启电压。以560 nm的黄光发射为例，传统的价带-导带直接跃迁需要至少1.6 eV的化学势，而三线态聚变可以将该理论值降低到0.8 eV。考虑到界面和传输层的电压降，实际器件在1 V启亮。此外，动力学研究发现，rubrene/C60体系的发光全部来自于三线态聚变过程，即电致发光条件下，rubrene上没有单线态激子形成，来自于rubrene单线态的发光100%来自于三线态聚变过程。.2、在三线态聚变过程中，磷光和上转换荧光的寿命具有特殊的关联。通过动力学研究发现，磷光峰包含三个振动态。在低激发密度下，高能态的振动峰的寿命是荧光振动峰寿命的2倍，而低能级的振动峰的寿命远高于荧光峰的寿命，这说明低能态的振动峰不参与三线态聚变过程。这是因为在固体薄膜中，三线态激子是通过Dexter机理传递的，是短程的电子交换过程。低能态的振动态更局域，在遇到另一个三线态之前就发生了单分子复合过程，是能量损失的主要通道。.3、基于本项目，搭建了基于弱光探测的瞬态电致发光测试仪器，具有波长分辨功能，可测试不同电流下的瞬态电致发光，得到不同电流密度下的瞬态发光强度。该仪器已经用于科研项目，发表一篇论文。.这些研究成果揭示了电泵浦非线性光电过程的特征，特别是三线态聚变过程，可用于制备蓝光发光器件，有利于实现高效率、低滚降符合实际需求的发光器件。