有机半导体载流子输运特性实验与理论研究

有机半导体器件中，有机功能材料的载流子传输、迁移能力（由迁移率表征）对器件光、电性能具有决定性作用。本项目拟对有机半导体载流子传输、迁移及过程进行实验与理论研究。首先，采用新的理论方法从实验中确定载流子迁移率。通常，理论上由电流-电压关系确定载流子迁移率值仅限于迁移率为常数的情况，本项目推广到一般情况下研究如何通过最容易从实验获得的电流-电压关系（不需要迁移率的任何具体形式）确定载流子迁移率，并确定迁移率依赖电场、温度的关系，从理论上预测器件中电场及载流子的空间分布；其次，从量子化学角度计算迁移率。运用量子化学原理对典型有机半导体材料载流子输运、迁移过程进行微观研究，并对载流子迁移率作出计算和预言；最后，将两种结果比较、分析，理论与实验紧密结合，从不同角度来研究和揭示载流子在有机半导体中输运的机理和本质，为材料设计和器件的优化提供理论依据，同时为有机半导体器件电特性的描述提供新的途径。

有机半导体器件中，载流子迁移率对器件光、电性能具有决定性作用。按照空间电荷限制电流理论，通常理论上由电流-电压(J-V)关系确定载流子迁移率值仅限于迁移率为常数的情况或迁移率依赖电场但近似拟合求解。本项目对有机半导体载流子迁移过程进行实验与理论研究，推广到一般情况下从J-V关系通过微分变换的方法严格确定载流子迁移率，并确定迁移率依赖电场的关系，并从理论上预测器件中电场及载流子的空间分布。研制了单载流子器件，测量J-V关系并计算迁移率和确定了迁移率依赖于电场的关系。关于有机半导体载流子迁移率依赖于电场关系式的研究意外获得一个通用的迁移率关系，该结果要好于公认的PF关系，目前正在进行实验上的证实。同时还开展了以下工作：在联苯乙烯衍生物DPVBi (4,4’-bis(2,2’-diphenylvinyl)-1,1’-biphenyl, DPVBi)蓝色有机电致发光(electroluminescent, EL)器件中微腔效应研究表明DPVBi厚度超过40 nm时微腔效应开始起作用导致EL光谱的红移使器件发光色度变差；联蒽扭曲电荷转移态(twisted intramolecular charge transfer state, TICT-state)对有机发光器件效率影响的研究表明电荷转移激子对提高器件效率具有重要作用；密度泛函理论研究锐钛矿TiO2 (101)和(100)表面对氰基丙烯酸(CAA)的吸附表明两个方向的表面对CAA的吸附能分别为1.02和3.25 eV，研究结果对理解半导体表明吸附CAA类染料敏化剂时在激发态的光诱导电子转移途径具有重要价值。