有机半导体电致发光的注入载流子自旋操控

有机自旋电子学是自旋电子学领域的新兴热门研究方向，有机半导体作为自旋电子材料在光电领域具有很大的应用价值和发展潜力。本项目利用有机半导体自身的优势，通过有机自旋电子学和有机发光动力学的研究，将磁性材料应用于有机半导体电致发光（OLED），实现自旋极化注入OLED。具体研究内容包括：（1）自旋极化注入OLED的工作机制；（2）高效自旋极化注入；（3）自旋载流子的扩散、传输以及复合对单线态激子形成几率的影响；（4）自旋极化率和单线态激子形成几率的实验检测。本项目的研究目标是通过对注入载流子的自旋状态进行操控，提高器件单线态激子的形成几率，进而提高自旋极化注入OLED的内量子效率，在突破荧光OELD内量子效率25%极限的研究上取得一系列创新和突破。

有机自旋电子学是自旋电子学领域的新兴热门研究方向，有机半导体作为自旋电子材料在光电领域具有很大的应用价值和发展潜力。本项目基于有机自旋电子学和有机发光动力学，系统研究了有机半导体电致发光（OLED）的磁场效应，澄清有机半导体磁场效应的内部机制。项目进展顺利，发表标注本项目资助的SCI论文26篇。.具体取得成果概括为以下三个方面：.（1）OLED电极界面的载流子注入研究.为实现载流子的有效注入，针对蒸镀的金属薄膜表面粗糙度很大的问题，我们采用金属薄膜转写的方法，直接在柔性光敏材料薄膜的表面制备具有超平滑的表面形貌的金属阴极，电极和有机薄膜接触得更好，有效提高了载流子的注入。这一工作为自旋载流子极化研究奠定基础。.（2）有机电致发光器件中磁电导和磁电致发光的机理研究.利用瞬态电致发光方法系统研究了磁场效应对于基于聚合物PFO的有机电致发光器件载流子迁移率的影响。研究结果支持了电子-空穴对模型，即有机磁场效应不改变载流子的迁移率。双极器件中，有电子和空穴注入和传输，以及激子的形成，可以同时研究磁电致发光和磁电导现象。研究结果表明，单极器件中的磁电导很小，双极器件中则大得多，这说明双极注入或激子形成是获得大的磁场效应的主要因素。.（3）基于磁场效应研究OLED发光机制.应用磁致发光研究了基于分子内电荷转移荧光的OLED器件三线态去活化对单线态-三线态系间窜越过程的影响。研究结果表明单线态-三线态系间窜越是动力学过程，而系间窜越的方向取决于单线态和三线态的去活化速率。.（4）OLED结构优化提高器件性能.基于对OLED发光机理的研究，本项目进一步开展了器件结构设计和性能优化的研究。将微纳米结构应用于OLED器件，提高器件的光取出效率，进而解决顶发射OLED的发光角度依赖问题。.本项目围绕OLED的磁场效应，从器件发光机理到具体结构设计优化展开了系统研究。澄清了磁场条件下OLED中的载流子注入、传输和激子形成过程，并进一步应用磁场效应深入研究了OLED的发光机理。在器件物理研究的基础上，通过器件结构优化设计，提高其载流子注入和发光效率。以上工作对于深入认识OLED器件物理并获得高效率OLED器件具有重要意义。