有机光电器件中载流子输运和复合过程磁场效应的动力学研究

A small magnetic field (﹤40 mt ) can change the current and light intensity of organic light-emitting diodes and photocurrent of organic solar cell with non-magnetic electrodes at room temperature. This phenomenon combined with the ease in device processing raises great interests since it not only offer new scientific questions, but also the potential to develop new multifunctional organic devices integrated with electronic, optical and magnetic properties. Up to date, the mechanism of magnetic field effects on the carrier transport and recombination is still under debate. In this project, we firstly propose the dynamic study of carrier transport and recombination processes of magnetic field effect in organic optoelectronic devices by using the transient electroluminescence and photocurrent method. The mode to explain the magnetic field effect will be tried to build through summarizing the experimental results of transient electroluminescence and photocurrent under various conditions, which would be the foundation of the applications in memory, sensor and handwriting input. In addition, how to increase the efficiency of organic optoelectronic devices by a magnetic field will also be studied, because the magnetic field effects would be a new path to enhance the quantum efficiency of organic optoelectronic devices.

在不包含任何磁性材料的常规有机光电器件（有机发光和有机光伏器件）中，外加一个很小的磁场（约几十毫特）在室温下就能改变发光器件的电流、发光强度和光伏器件的光电导，该磁场效应的发现不仅给有机光电器件带来了新的科学问题，而且有望开发一类集光-电-磁功能于一体的新型有机半导体器件。目前有机光电器件磁场效应的形成机理还存在很大争议，特别是载流子的输运和复合过程在其中所起的作用还不清楚。针对这一问题，本项目首次提出采用瞬态电致发光和瞬态光电流的方法，研究外加磁场作用下有机光电器件中载流子的传输和复合的动力学过程。通过总结和对比各种条件下载流子迁移率和复合系数的磁场效应规律，尝试建立和完善有机光电器件磁场效应的形成机制，为在信息存储、传感技术和手写输入等方面的应用奠定基础。此外，研究如何利用磁场效应来提高有机光电器件的电-光和光-电转换效率，为进一步提高器件效率提供新的途径。

本项目针对有机光电器件磁场效应机理不清的问题，利用瞬态方法研究了磁场对平衡注入的器件中载流子的输运和复合过程的影响，取得了如下的主要结果：（1）通过对有机发光器件在高电压，大注入条件下的磁致亮度变化和磁致电流变化的研究，发现在该条件下TTA机制占主导；（2）通过研究外加磁场对器件中载流子迁移率的影响，发现OLED器件工作时，即平衡注入条件下，磁场影响载流子迁移率的机制可以忽略；（3）首次获得了有机发光器件磁场效率的时间分辨曲线，通过建立模型对实验曲线的模拟，发现器件工作时的磁场效应是电子-空穴对机制和TTA机制共同作用的结果；（4）研究了提高有机光电器件磁场效应的方法，发现基于激基复合物发光的器件磁致亮度变化显著高于普通器件，经过器件结构优化，获得了磁致亮度变化率超过20 % 的m-MTDATA: Alq3器件；（5）分别利用有机器件磁场效应作为研究工具，证明了基于双线态激子发光的新概念OLED和OLED中三线态-极化子相互作用诱导的三线态→单线态上转换的三线态激子利用的新途径。