基于C^N=N双齿配体的金属铱、铂配合物的新型光电活性材料及器件研究

磷光金属配合物材料在有机电致发光（OLED）与光伏器件（OPV）上显示出独特优势：在OLED中，打破内量子效率25%的极限，使100%成为可能；在OPV中，基于其丰富的光物理特性及较长的激子寿命，也开始崭露头角。因此，新型磷光金属配合物光电材料及器件的研究，对提高器件性能和揭示器件机理意义重大，成为世界研究的热点。从材料角度，C^N=N结构配体与金属铱/铂形成的配合物，不论是中性还是离子型的，都鲜见报道。本项目拟展开该类材料的设计、合成、光电性能方面的研究工作。进而揭示该类材料结构与性能关系，发展相关机理，拓展和丰富磷光配合物材料，这对基础研究和光电领域的应用都有积极意义。同时，通过该类材料在电致发光或光伏器件中应用的研究，发展发光强度高、光色纯、及热稳定性好的新型电致发光材料及器件结构；探索三线态材料在光伏器件中的应用潜力；形成OLED及OPV领域的知识产权。

本课题聚焦于有机磷光材料，基于C^N=N结构配体，展开了该类材料的设计、合成、光电性能方面的研究工作，取得多方面实质性研究成果，发表论文21篇，公开专利10篇，培养博士研究生1人，硕士研究生7人。研究成果包括：材料方面，基于C^N=N型配体，合成出一系列不同发光颜色的铱配合物。基于这些材料的磷光器件表现出优异的性能；在C^N=N配体中引入空穴输运官能团，获得了2个具有载流子输运功能磷光材料。其器件效率较高，达到31%，76 lm/W，66 cd/A；合成了界面修饰材料，并首次开发了其在器件中的作用；合成了2个双极性主体材料。基础器件研究表明：在主体材料的周边加入非共轭点惰性基团，对器件性能影响不大。OLED器件方面，通过热处理的o-CzOXD和tBu-o-CzOXD器件，tBu-o-CzOXD器件的性能提高了一倍之多；在C^N=N配合物中引入氟原子，器件性能下降。这主要是氟的引入，使得主客体之间的Dexter能量传递降低。量化计算表明，氟原子的引入使得配合物的配体分子相对于中心金属铱原子的空间位置发生了明显的变化；根据项目合成的铱配合物HOMO/LUMO较低的特点，以简单的双层器件结构，获得了非常高的器件性能。：即：48.6 cd/A，51.9 lm/W。OPV器件方面，本课题首先使用磷光Ir(ppy)3作为低比例的给体材料制备了OPV器件。基于C70的器件PEC高达3%；在平面异质结OPV中引入新型界面修饰材料Zn4O(AID)6，获得了器件性能及器件热稳定性的提高；在基于P3HT:PCBM共混的体异质结OPV器件中引入新型界面修饰材料Zn4O(AID)6，提高了器件的开路电压、短路电流和填充因子；我们研究了MoO3阳极缓冲层对采用CuPc/C60作为活性层的平面异质结OPV器件热稳定性的影响。基于模型分子CuPc/C60，我们发现小分子异质结OPV器件中的相分离现象，并说明了器件性能得以提高的机制。虽然在聚合物体异质结中相分离很普遍，但在小分子体系中该现象鲜见报道；我们建立了OPV器件的光电模拟模型，系统地研究了有机活性层内的电磁场分布与器件结构及材料吸收特性的关系，并根据模型优化了器件。模拟结果与实验相比较，取得了很好的一致性。专著：撰写了《有机电子学》（科学出版社，2011）。测试平台集成：在本项目的支持下，我们自行搭建了OLED、OPV和OFET测试平台。