新型界面工程在基于溶液加工的有机光电器件中的应用研究

The development of organic optoelectronic devices has not only enabled the successful commercialization of OLED (organic light emitting diodes), but also kept its momentum in intensive research in other applications, such as OSC (organic solar cell). With multi-layer thin-film device structure, the performance of the organic optoelectronic devices is mainly determined by the interfaces. In the past decade, the study on organic/metal and organic/organic interfaces has become the focus of the research. The understanding of the interfacial electronic structure will eventually help improve the performance and the stability of the organic devices. In our application, we plan to apply the new interfacial modification approaches, such as solvent treatment, solvent annealing, and neutral charge carrier film, in the applications of OLED and OSC. The surface engineering will modify the energy levels at the interfaces by altering the interfacial morphology and chemical composition of the organic films, as well as creating an interfacial dipole, leading to the much better device performance. Moreover, through various physical and chemical characterization and analysis, we will explore the physical mechanism of performance enhancement induced by these interfacial modification.

有机光电器件的发展，不仅在产业化上取得了成功（OLED有机发光二极管），在研究领域依然保持着强劲的发展势头（OSC有机太阳能电池）。有着多层薄膜结构的有机光电器件，界面性质成为制约器件功能的关键。在过去的十年间，有机/金属和有机/有机界面成为了有机光电子领域的研究热点，对各种界面的不断加强的认识不仅有助于理解器件基本原理，而且提供了提高器件性能的可行方法。本项目拟研究自主研发的新型界面修饰手段-溶剂处理、溶剂蒸气处理及中性电荷传输层薄膜在有机电致发光器件、有机太阳能电池中的应用，通过对有机薄膜的表面形貌、化学成份的改变及引入界面偶极子的共同作用，实现对界面能级的调控，从而制备高性能的有机光电器件。同时，使用各种物理和化学分析仪器，对溶剂处理改善器件性能的物理机制进行探索，从而加深和补充传统的界面理论。

国家自然科学基金资助项目“新型界面工程在基于溶液加工的有机光电器件中的应用研究”（51373057）已于2017年底顺利完成。在过去的四年中一共发表21篇SCI检索论文，其中包括9篇一区，10篇2区。9名博士研究生和1名硕士研究生在基金资助下顺利毕业。.在有机半导体薄膜器件中，界面起着举足轻重的作用。理解各种界面的作用机制并运用多种界面工程对其进行改性，对于提高器件性能至关重要。 .在阴极界面修饰材料领域，我们设计了“揭膜”法制备表征薄膜样品，证明了界面层的两个表面同时与接触的相邻膜层发生作用，从而产生两个相反的偶极层，在国际上第一次完整解释了界面修饰层在有机发光二极管和有机太阳能电池中的界面偶极作用机制。此外，我们还首次在OLED器件工作的条件下对阴极界面修饰材料进行了研究，成功观察到空穴陷阱作用导致的电子注入现象。这些工作进一步完善了界面物理模型。.在溶剂处理方面，通过溶剂处理PEDOT 8000表面，相比于标准的PEDOT 4083器件，基于PFSO的蓝光聚合物发光器件的效率从4.1 cd/A提升到5.3 cd/A（提升29%），器件的开启电压从3.4 V下降至2.8 V。采用醚溶剂来处理发光层表面，基于P-PPV的醚溶剂处理的器件，效率高达19.5 cd/A。这不仅相比于镀铝器件的0.6 cd/A有了巨大的提升，即使和标准的蒸镀Ba/Al器件相比，也有32%的提升。.与此同时，我们还将界面工程运用于聚合物太阳能电池中并实现了器件性能的提升。利用界面工程改性中性PEDOT，制备的电池的器件效率从3.44%提升至6.6%，寿命也有很大程度的提升。.最后，为了推进成果向实际运用转化，我们还将界面工程运用于喷墨打印显示屏和大面积白光照明板中。成功制得了200×150的2英寸AMOLED显示屏和4英寸的白光板。