两亲性多维拓扑结构共轭大分子的设计、合成与性能

Organic optoelectronic devices based on organic semiconductors have attracted considerable attention because of their cost-effective, low-temperature, and solution-based fabrication over large area, light weight, chemically tunable optoelectronic properties, and mechanical flexibility. Interfacial modulation is essential for achieving high-performance organic optoelectronic devices. This project aims at the development of a novel serial of multidimensional macroelectrolytes as interfacial layers for achieving high-performance organic optoelectronic devices. Well-defined chemical structures, high purity, good film-forming ability, and excellent batch-batch reproducibility are the main advantages of monodisperse starburst molecules in comparison to their polymer counterparts. Various polar pendant groups will be introduced onto the molecular structures to fine turn their solubility in polar solvents. We will focus on illustrating the influence of chemical structure, molecular topology, and molecular configuration on the interfacial dipole formation, the interface contact between metals and organic layers, charge transport/injection properties, and the resulting device performance. On this basis, a material design guideline will be established, with which high-performance printable organic interfacial materials could be explored. This is believed to be essential to achieve high-performance large-area and flexible optoelectronic devices, i.e. organic light-emitting diodes, and organic solar cells, which could be therefore constructed via all-solution processing techniques or all-printing techniques.

界面调控对于实现高性能有机光电器件至关重要。针对现有界面材料的局限与不足，本项目拟在申请人前期油溶性单分散多臂大分子以及水/醇溶性共轭聚合物材料相关工作的基础上，设计合成一系列具有多维拓扑结构的两亲性单分散共轭大分子。具体通过有效结合拓扑结构调控和分子功能化设计策略，在丰富的空间结构分子体系中引入两亲性功能化基团（如水溶性结构基元、醇溶性结构基元等），充分融合多维拓扑结构大分子的显著优势和共轭聚电解质的独特功能，探讨它们作为界面材料在有机光电器件（OLED、OPV等）中的应用。深入系统研究拓扑结构调控（分子结构、空间构型、极性功能团等）对于界面偶极形成、有机层-金属界面接触、载流子输运以及器件光电性能之间的相互作用机制和影响规律。在此基础上，优化分子结构设计，发展出高性能有机界面材料，实现有机电子器件界面性质的精确调控，为建立低成本高性能有机电子器件的全溶液/全印刷制作工艺提供技术支持。

界面调控对于实现高性能有机光电器件至关重要。传统的有机光电器件如OLED为了实现载流子注入平衡，通常使用Ca、Ba等低功函数金属作为器件的阴极。但是这些低功函数金属通常在环境中非常不稳定，这限制了器件的稳定性与寿命。此外，传统器件还要蒸镀其他一些界面修饰材料，例如金属氟化物以及一些有机小分子来提高电子的注入和传输能力，这增加了制作器件的成本和难度，不利于大面积柔性器件的全溶液全印刷制作。..为了实现全溶液/全印刷法制备器件，本项目针对现有界面材料的局限与不足，重点聚焦设计开发一类两亲性共轭大分子材料并探讨作为界面材料在有机光电器件中的应用，开展了相关的基础性研究工作，取得了重要进展，全面完成了项目目标任务书的任务和目标：（1）设计合成出一系列多维拓扑结构两亲性共轭大分子，实现了水/醇溶性功能化。（2）发展出了高性能有机界面材料，实现了在多种有机光电器件中应用。（3）探索了低成本高性能有机电子器件的全溶液/全印刷制作的实现途径和方式。..在本项目支持下，项目负责人以通讯作者/共同通讯作者在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Materials、Chemical Society Reviews等发表高水平论文50篇；受邀参加国内外学术会议并做邀请报告/口头报告25次；申请发明专利67件，其中项目负责人以第一发明人获授权25件。相关成果获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）一等奖1项（2020）、中国电子学会科学技术奖自然科学一等奖1项（2019）、江苏省创新争先奖（2017）、江苏青年光学科技奖（2019）等。..培养博士后3名，博士研究生5名，硕士研究生25名；其中1人获江苏省优秀博士学位论文，5人获江苏省优秀硕士学位论文。项目负责人入选百千万人才工程国家级人选暨国家“有突出贡献中青年专家”（2017）、享受国务院政府特殊津贴专家（2019）、江苏留学回国先进个人（2017）等；领衔团队入选江苏省高校优秀科技创新团队（2017）、江苏省六大人才高峰创新团队（2018）。