有机D-A体系及在功能器件中的应用

针对有机半导体给体-受体（D-A）材料体系的性质，电荷转移机理及其体系在有机功能器件中的应用进行研究。通过研究发展出电性能好、热稳定性高的有机p型及n型掺杂的半导体材料体系，并进一步将其应用于器件来解决目前有机器件工作电压高、易短路等问题。在研究过程中，涉及到材料的分子结构与光电性能、热稳定性、电子能级特性及其分子间相互作用等；有机半导体中载流子的电注入、传输、复合；有机半导体中激子的产生、迁移、湮灭、解离等物理过程，本研究将予于阐明和揭示。总之，基于有机半导体科学的学科交叉渗透性、应用前景的广阔性，掺杂的有机半导体理论和技术的深入发展，将会极大丰富掺杂有机半导体材料体系，进一步开拓有机半导体材料的应用，不仅在发展新学科方面具有重要意义，对促进和发展新兴的有机半导体产业也会有深远的影响。

本课题聚焦有机半导体材料，基于有机D-A材料体系，展开了功能材料的筛选及光电性能、器件的研究工作，取得了实质性研究成果。发表论文22篇，公开专利10篇，培养博士研究生1人，硕士研究生5人。成果包括：.1) 将具有受体功能的恶二唑（OXD）基团与具有给体特性的咔唑基团通过化学键结合，制备了2个结构类似的D-A型有机半导体材料。由于D-A的同时存在，导致了良好的器件性能。研究发现：惰性基于叔丁基的引入通过加热退火，器件的性能提高了；2) 制备了宽带n-型有机半导体材料Zn4O(AID)6。基于该材料良好的电子传导能力和适当的能级，它作为阴极缓冲层引入到基于CuPc / C60平面异质结的有机太阳能电池中，表现出良好的性能；3) 在基于P3HT:PCBM共混的体异质结OPV器件中引入新型n-型有机半导体Zn4O(AID)6，提高了器件的VOC、JSC和FF。通过性能测试及理论模拟，我们讨论了器件性能改善的机制；4) 合成了具有良好的空穴传输能力的p-型有机半导体材料HPCzI，使用该材料为阳极缓冲层材料应用到OPV器件得到了良好的性能；基于给体CuPc与受体C60，构造了小分子体异质结器件。除了通过优化获得了较高的器件效率，我们还发现了在小分子异质结OPV器件中尚未见报道的相分离现象；5) 本课题首先使用Ir(ppy)3作为低比例的给体材料，C60/70作为受体材料，制备了有机光伏D-A体系器件，表现出良好性能，效率高达3.0%；6) 采用MoO3/Al作为基于CuPc的有机场效应管(OFET)的源漏顶接触可以提高OFET器件的稳定性。经过后退火处理后采用MoO3/Al作为源漏顶接触的OFET器件的稳定性，结果表明经过130℃退火处理后，OFET器件的迁移率和存储寿命都有很大提高。然后，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，并进行了理论模拟及讨论； 7) 基于ITO/CuPc/C60/TPBi/Al结构的有机太阳能电池器件，探讨了ITO电极方阻对器件电流-电压特性和IPCE特性的影响，并从器件的光学特性等方面分析了ITO电极对器件性能的影响机制；8) 在本项目的支持下，撰写了《有机电子学》（科学出版社，2011）（50余万字）；9) 我们自行搭建了有机光电器件表征综合平台，包括：OLED、OPV和OFET的测试。