场效应调控新型有机、钙钛矿光电器件的研究

Field-effect transistors (FETs) can realize many functionalities such as electronic switch, signal conversion and signal amplification in a single device due to its three-terminal device structure and gate-modulated source-drain current working mechanism. Introducing the gate-modulated process into the traditional optoelectronic devices can make devices possess much higher sensitivity and lower noise with multi-functional detection and modulation, which can also help us design and construct more novel and much high performance optoelectronic devices. However, there has been no enough attention for this field research recently. Based on our previous research work on OFETs and our considerations for the developing trend of this field,in this project, we will carry out systematical researches from controlling and optimizing the solid-state structures of excellent organic and perovskite optoelectronic materials, device structures and interface engineering of their corresponding field-effect modulated optoelectronic devices, in order to realize the cnstruction of high performance optoelectronic devices and investigate the mechanism of photoelectronic conversion, hoping to find some new phenomenon, new effect and promote the appearance of some new devices.

场效应晶体管独特的三端器件结构和通过栅压调控源漏之间电流的工作机制，使其在同一个器件中可以同时实现电子开关、信号转换和信号放大等多种功能。将场效应调控机制引入到传统光电器件中,不但使器件具有更高的灵敏度和信噪比，而且还可以在同一个器件中实现多功能调控与检测的集成,同时有助于我们设计和构筑更加新颖、高效的光电器件,但是目前该领域的研究还没有引起人们足够的重视。基于我们在有机场效应晶体管方面已有的工作基础和对该领域发展趋势的思考，在本项目中，我们将以综合性能优异的有机与钙钛矿光电材料为基础，以场效应调控光电器件为工具，从材料聚集态结构的调控到器件结构及界面工程的优化等方面开展系统研究，实现场效应调控高效光电器件的构筑及不同器件中光电转换机制研究的目的，发现一些新现象、新效应，促生高效光电器件新结构的出现。

本项目以“场效应调控新型有机、钙钛矿光电器件的研究”为中心，从有机/钙钛矿光电功能材料的设计→聚集态结构的调控→光电功能器件构筑及性能研究方面开展了系列工作，取得了重要成果：（1）获得了系列具有紫外和近红外特征光谱吸收特性的有机光电功能材料；针对高迁移率和强发光难以集成的瓶颈问题，突破传统思维方式，从分子设计创新，发展了系列新型光电一体化功能集成的有机分子材料；（2）发现了强极性和纳米沟槽结构特征对有机功能分子选择性诱导生长的调控特性，获得了系列具有理想聚集态结构特征的高度有序的有机功能薄膜材料；创新性地发展了一种物理气相传输和拓扑聚合相结合的方式，实现了从一维到二维高质量光电共轭高分子单晶的制备，为进一步共轭高分子单晶材料的研究开辟了一条新的途径；（3）首次实现了基于同一分子的有机场效应晶体管驱动有机发光二极管的光电一体化器件，制备了一个5×5光电集成器件阵列；获得了具有平衡双极性电荷传输和栅压可调控沟道发光区域可调的有机单晶发光晶体管器件。这些研究成果，将有力地推动有机光电子领域的发展。.项目执行期间，在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. int. Ed., Nat. Commun., Acc. Chem. Res., etc.等期刊发表SCI论文20篇，申请专利4项（授权3项）。项目负责人受邀做邀请报告16次，获得2015年中科院青年创新促进会优秀会员称号；2016年国家自然科学二等奖（排名第五）；2017年中组部国家万人计划青年拔尖人才；2017年国家杰出青年科学基金资助。培养博士研究生5名，出站博士后1名。