自成膜小分子空穴传输化合物的合成与性能研究

引入密度泛函理论（DFT）对新型三苯胺类空穴传输化合物进行量子化学计算，总结分子结构与性能之间的关系，指导化合物的合成；拟设计合成6个系列具有良好溶解性的含三苯胺结构单元的空穴传输化合物，优化合成反应与分离提纯的工艺条件，得到高纯度的空穴传输材料；通过扩展化合物分子的共轭结构提高其空穴迁移率；通过构筑分子量在600～2000之间的链状或星型结构的芳香性分子使其具有自成膜性能；通过引入适当的取代基团增大空穴传输分子的体积和质量，以提高化合物的玻璃化转变温度；研究分子大小、对称及不对称结构对化合物空穴迁移率、吸收光谱、荧光光谱、荧光寿命及荧光量子效率的影响；深入研究合成化合物的电化学性能，热性能（Tg）、以及它们在激光有机光导体（OPC）、有机电致发光与照明（OLED）和染料敏化太阳能电池（DSSC）中的应用性能，获得若干具有自成膜性、高迁移率的空穴传输化合物。

本课题在小分子三芳胺类空穴传输材料研究工作的基础上，开发了6系列，35种新型空穴传输材料；系统的测试了材料迁移率、前线轨道能级、吸收和发光光谱、热力学稳定性参数等材料基础特性参数；结合第一性原理量子化学模拟，解析了分子结构与材料特性之间的构效关系。.针对溶液法薄膜制备技术，开发了一系列介乎于小分子与聚合物之间，分子量范围在600～2000g/mol，具有重复单元的空穴传输材料。这类材料具有明确的分子量，分子结构。这类材料解决了小分子空穴传输材料目前存在的巨大缺陷，如溶解性，成膜性差，只能通过真空蒸镀成膜；玻璃化转换温度低，器件运行过程中由于热结晶的作用导致器件劣化等问题。基于构效关系的研究，我们通过分子设计实现前线轨道能级和迁移率的精确调控。.在应用研究中，这类材料在有机光电器件中显示出了良好的应用前景。例如，作为空穴传输材料应用于溶液法制备的有机电致发光二极管（OLED）中，最高亮度高达103,600坎德拉每平方米。通过迁移率匹配和能级匹配，实现了最小起亮电压为1 V，解决了器件高电压操作时效率降低的问题。在高效钙钛矿太阳电池中（PSC），作为固态电解质，得到非掺杂型器件效率高达13.1%，这类材料还显示出了隔绝水汽，延长器件操作寿命的优点。