文献报告

光电转化研究进展

李楠

2009.09.26

世界和中国主要常规能源储量预测无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的，中国的常规能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的 10% 。

研究背景

第一部分 光致发电

在诸多可再生能源如风能，太阳能，水能，潮汐能，地热能，生物能等中，太阳能以其独有的清洁性，廉价性，高效性，储量丰富而又取之不尽成为具有最广阔的发展前景，是各国着力发展的可再生能源技术之一。国际能源组织（ IEA ）对太阳能光伏发电的未来发展作出如下预测： 2020 年世界光伏发电的发电量占总发电量的 1 ％， 2040 年占总发电量的 20 ％，如下图所示：

1999 － 2007 年世界太阳电池产量的变化

澳大利亚 William Buck 中心

我国是太阳能资源相当丰富，绝大多数地区年平均日辐射量在 4 kWh/m2. 天以上，西藏最高达7 kWh/m2. 天。比欧洲、日本优越得多。

太阳能电池是将光能 ( 太阳光能 ) 转换为电能的器件 , 于 1954 年在贝尔实验室首次发现 . 最初的太阳能电池以单晶硅为活性材料，当时贝尔实验室报道的器件效率为 4% ，现在无机太阳能电池总能量转化效率达到了 25% 以上。

Pearson, G. L. J Appl Phys, 1954, 25, 676-677Prince, M. B. J Appl Phys, 1955, 26, 534-540

昂贵的成本并且有窄带隙半导体的严重光腐蚀

Appl Phys Lett, 1989, 55,1741-1743

有机材料合成成本低、功能易于调制、柔韧性及成膜性都较好电池加工过程相对简单 , 可低温操作 , 器件制作成本也较低

可实现大面积制造、可使用柔性衬底、环境友好、轻便易携有机太阳能电池材料

1. 开路电压 (Uoc):开路电压是指在没有电流回路时 , 经过光照后器件产生的电压 .

2. 短路电流密度 (Jsc):短路电流是指在外加电场为零时 , 受光照的器件在形成回路时所能产生的电流 .

3. 填充因子 (FF):填充因子是指电池的最大输出功率 (UmJm) 与开路电压和短路电流乘积之比值 , 即：

AM 是 air mass （大气质量）的简称。 AM1.5 是一种条件，它描述太阳光入射于地表之平均照度，其太阳总辐照度为 100mW·cm-2 ；太阳电池的标定温度为 25±1℃。

太阳能电池输出特征参数：

太阳能电池能量转换效率表示方法：

1. 外量子效率 (external quantum efficiency, EQE), 也称为入射光转换效率 (input photo conversion efficiency, IPCE)外量子效率 EQE 定义为入射光子数与被光伏电池收集的电子数之比 .

2. 内量子效率 (internal quantum efficiency, IQE), 也称为吸收光转换效率 (APCE);内量子效率 IQE 可通过器件的吸收光谱和外量子效率来表示 :

T 和 R分别是透过率和折射率 . IQE 体现了光进入到器件后可转换为电的效率 .

3. 器件的总的转换效率 , , 也称为功率转换效率 (power efficiency, p). 功率转换效率 p 定义为最大输出功率 Pm 与辐照功率 Pin 之比：

有机太阳能电池的研究始于 1959 年 , 其结构为单晶蒽夹在 2个电极之间

器件的开路电压为 200 mV, 由于激子的解离效率太低使得转换效率极低 .

J Chem Phys, 1959, 30, 585-586

有机太阳能电池的重大突破是邓青云博士于 1986 年报道的双层结构染料光伏器件，器件以酞菁衍生物作为 p型半导体 , 以四羧基苝的衍生物作为 n型半导体 , 形成双层异质结结构 , 功率转换效率 (ηp) 约为 1%.

研究首次将电子给体 (p型 )/ 电子受体 (n型 ) 有机双层异质结的概念引入 , 并解释了光伏效率高的原因是由于光致激子在双层异质结界面的光诱导解离效率较高 .

Tang, C. W. Appl Phys Lett, 1986, 48, 183-185！！！被引频次 : 5734

单层 Schottky 器件只有一层同质单一极性的有机半导体材料内嵌于两个电极之间 .

Adv Matter, 1991, 3, 129-138

J Chem Phys, 1975, 62, 2139-2149

(a) 器件结构 ; (b) 能级示意图

只有扩散到 Schottky势附近的激子 , 才有机会被解离。然而 , 有机物中激子扩散长度一般都小于 20 nm, 因此只有极少一部分激子能够到达电极附近被解离并最终产生电流。导致单层器件的光电转换效率极低。

器件结构

双层异质结器件 给体和受体有机材料分层排列于两个电极之间 , 形成平面型 D-A 界面 . 其中 , 阳极功函数要与给体 HOMO 能级匹配 ; 阴极功函数要与受体 LUMO 能级匹配 , 这样有利于电荷收集 .

(a) 器件结构 ; (b) 能级示意图

光子转化成电子的步骤：1. 材料吸收光子产生激子2.激子扩散至异质结处3. 电荷分离（激子在异质结被分成了自由的空穴 (给体上 ) 和自由的电子 ( 受体上 )4. 电荷传输以及电荷引出

J Appl Phys, 2003, 93, 3693-3723J Mater Res, 2004, 19, 1924-1945

优点：同时提供电子和空穴传输材料，激子在 D-A 界面产生电荷转移后，电子在 N型受体材料中传输，空穴在 P型给体材料中传输。所以电荷分离效率更高，自由电荷重新复合的机会也降低。

本体异质结器件给体和受体在整个活性层范围内充分混合 , D-A 界面分布于整个活性层 .

(a) 器件结构 ; (b) 混合在一起的给体 (白色 ) 和受体 (黑色 )空间分布示意图 ;(c) 本体异质结器件能级示意图

优点：电荷分离产生于整个活性层，所以本体异质结器件中激子解离效率较高 ,有机物激子扩散长度小而导致的能量损失可以减少或避免使得激子复合几率降低。

缺点：由于界面存在于整个活性层 , 本体异质结器件中载流子向电极传输主要是通过粒子之间的渗滤作用 , 特性所限 , 对材料的形貌、颗粒的大小较为敏感 , 且填充因子相应地小

Nature Mater, 2005, 4, 37-41

SEM and atomic force microscope (AFM) images of CuPc films

分子 D-A 结器件将具有电子给体性质的单元以共价键方式连接到受体聚合物或者小分子上，形成分子 D-A结材料， 即同质双极材料。

D代表给体基团 , A代表受体基团

激子解离的动力来源于光诱导下分子内由于给体和受体的同时存在而产生的化学势梯度。该化学势梯度同时驱动电荷的迁移。

缺点：在 D-A分子内伴随着光诱导电荷转移的发生 , 电荷复合几率也得到增强 . 因为分别分布在 D 单元和 A 单元的电荷需要通过链间的跃进来防止复合 ,

J Am Chem Soc, 1998, 120, 11808-11809Macromolecules, 1998, 31, 4838-4844J Am Chem Soc, 2000, 122, 7467-7479

Nature Mater, 2003, 2, 360-361Appl Phys Lett, 1993, 62, 585-587

C60 表面是一个很大的共轭系统，其电子在由 60个碳原子组成的分子轨道上离域，因此可以稳定外来电子。

基于 D-A结分子的概念，设计了“双轴”材料：使电子可以沿 A结构单元输运 , 而空穴可以沿 D结构移动

Science, 1992, 258, 1474-1476Science, 1995, 270,1789-1791Phys Rev B, 1994, 49, 5781-5784

级联结构器件 将两个或以上的器件单元以串接的方式做成一个器件 , 以便最大限度地吸收太阳光谱 , 提高电池的开路电压和效率 .

太阳光谱的能量分布很宽 , 单一材料只能吸收部分太阳光谱能量 . 同时电池中未被吸收的太阳能量可使材料产生热效应 , 使电池性能退化 . 级联电池可利用不同材料的不同吸收范围 , 增加对太阳光谱的吸收 , 提高效率和减少退化

器件单元按活性材料能隙不同采取从大到小的顺序从外向背电极串联

在两个子电池单元之间使用以溶胶方法制备的透明 TiOx 作为连接层 . 该报道是目前有机太阳能电池的最好水平之一 (AM1.5 辐照 ) ：短路电流 JSC = 7.8mA⋅cm−2, 开路电压 VOC = 1.24 V, 填充因子 FF = 0.67, 功率效 P= 6.5%.

Science, 2007, 317, 222-225

*

*

R1

R2n

聚对苯乙烯撑（ PPV ）特点热稳定性好量子效率高侧链修饰改变溶解性调节吸收谱带

S

R2R1

**n

聚噻吩（ PT ）

侧链修饰改变溶解性调节吸收谱带

**

OR

n

聚对苯（ PPP ）特点热稳定性好量子效率高侧链修饰改变溶解性调节吸收谱带

R2R1

Ar **

n

聚芴（ PF ）特点溶解性好量子效率高可共聚单体多咔唑噻吩蒽

N

R2

R1 **

n

N

**n

聚咔唑（ PCz/PVK ）

特点强空穴传输能力

光伏材料给体具有较强的给出电子能力 , 受体具有较强的接受电子能量 , 且给体与受体的能级要匹配 .

特点光诱导电荷转移非常好

C60

富勒烯（ C60 ）

C60分子单线态与三线态的能级相差很小 (EST = 0.15 eV), 电子由单线态到三线态的系间窜越 (ISC)速率快(ISC = 650 ps), 同时 ISC 过程的效率也很高 (96%). 因此 , 在给体和 C60 的界面 , 被 C60接受的电子可以快速高效地由单线态转移到三线态 , 防止了电子再由 C60分子回到给体的逆过程 , 从而提高了电荷转移效率 (接近 100%). 同时 , 由于三线态具有较长的寿命 ( 大于 1 s), 使基于 C60 的太阳能电池中电子扩散长度较长 (80~140 Å), 有利于电荷传输和收集 , 从而可提高电荷引出效率 .

Adv Funct Mater, 2001, 11, 15-26 J Appl Phys, 1999, 86, 487-496

聚噻吩（ PT ）

可以通过“头尾”连接形成有序性薄膜 , 从而具有较高的迁移率

!!!噻吩材料作为给体 , C60或者衍生物作为受体是目前最好的有机太阳能电池体系

Adv Mater, 2006, 18, 2872-2875Adv Mater, 2006, 18, 2884-2889Appl Phys Lett, 2006, 89, 103524-1-103524-3

聚 3-烷基噻吩 (P3HT) 的链状结构 , 倾向于通过链之间的堆叠形成自组织的二维薄膜 . 生长速度慢时 , 自组织程度高 , 薄膜迁移率高。热处理可以改善含噻吩类活性材料 的薄膜形貌和增加结晶度

Adv Funct. Mater, 2005, 15, 1617-1622Nature Mater, 2005, 4, 864-868

2=5o 时强度变大是由于烷基链的堆叠使晶体空间取向更明显。

DCV3T, P3CN4HT 和 PBCN4HT 都是含有强吸电子基 CN 的噻吩材料 . CN 的引入 , 一方面增加了材料的电子亲和能 , 一方面由于 LUMO 能级的降低而减小材料的能隙 , 使这些材料可以作为电子受体应用于太阳能电池器件 , 同时能隙的降低有利于太阳光谱的吸收 .

Adv Funct Mater, 2007, 17, 2991-2999

J Phys Chem C, 2007, 111, 10732-10740

聚对苯乙烯撑（ PPV ）通常作为太阳能电池中的给体

缺点是有光氧化倾向 :1. 单线态激子通过系间窜越跃迁至三线态 , 氧与 PPV 材料中三线态激子发生能量转移反应 , 产生单线态的氧 . 单线态的氧通过闭环加成反应氧化 PPV 材料中乙烯基团的双键 ,破坏了 PPV 的骨架 , 导致 PPV 材料半导体性能的降低以及对可见光吸收的减弱 .2.深能级陷阱会伴随产生 , 进一步降低了材料的载流子输运能力 .

Adv Funct Mater, 2006, 16, 2117-2126

改进：当 PPV 材料混入 C60 及其衍生物时 , PPV 材料中单线态激子可以在跃迁到三线态之前被解离 . 可减少 PPV 材料的光氧化过程。

Appl Phys Lett, 2001, 78: 841-843Nature, 1998, 395, 257-260Chem Mater, 2005, 17, 6532-6537

性能最好的基于 PPV 材料的电池是图中的 MEH-PPV或MDMO-PPV与受体 PCBM构筑的本体异质结器件 , p 约为 2.5%.

Characteristics for devices with an active layer that is spin coated from a toluene solution (dashed line): JS

C=2.33 mA/cm2, VOC=0.82 V, FF=0.50, AM1.5=0.9%, and from a chiorobenzene solution (full line): JSC=5.25 mA/cm2, VOC=0.82 V, FF=0.61, AM1.5=2.5%. Data are for devices illuminated with an intensity of 80 mW/cm2 with an AM1.5 spectral mismatch factor of 0.753. The temperature of the samples during measurement was 50 oC.

聚芴（ PF ）典型的空穴传输材料 , 在有机太阳能电池结构中通常作为给体

J Am Chem Soc, 2006, 128, 3459-3466Adv Funct Mater, 2007, 17, 2937-2942

金属酞菁染料是平面型分子 ,包含 4个异吲哚单元 , 有 18个离域电子 . 一般地 ,金属酞菁材料在 700 nm 附近有很强的吸收 , 与太阳光谱的最大峰位匹配 , 而且具有 p-型半导体性质、表现出丰富的氧化还原特性 , 热稳定性好 , 因此比较适合作为太阳能电池中的给体

酞菁染料

Appl Phys Lett, 2007, 90, 203505-1-203505-3

Appl Phys Lett, 2007, 91, 191109-1-191109-3

M=Cu,Zn,Sn

基于 (CuPc)/C60 器件的 p 可达 4.2%

噻吩材料的有机太阳能电池器件

!!!目前最好结果

PPV 材料的有机太阳能电池器件性能

聚芴材料的有机太阳能电池器件性能

酞菁材料的有机太阳能电池器件性能

hv > E光光光光

电荷分离

太阳光照射

电子 /空穴收集

输出电压

光谱响应与太阳辐射光谱不一致

光谱响应与太阳辐射光谱不一致

半导体载流子迁移率低

半导体载流子迁移率低

光致发光被淬灭，电子空穴分离效

率低

光电转换效率

低

影响有机太阳能电池性能的因素：

Adv Funct Mater, 2007, 17, 3326-3331Macromol Rapid Commun, 2007, 28, 1761-1775

Nature Mater, 2005, 4, 864-868Nanotechnology, 2007, 18, 185708-1-185708-5Appl Phys Lett, 2005, 87, 203113-1-203113-3

决定光电转换效率首要三个因素是材料对太阳光谱的吸收、激子解离和自由电荷的传输

实线为太阳 AM1.5 的辐射光谱

窄能隙材料 (吸收峰大于 600 nm) 有利于太阳能的吸收

有机材料的吸收一般在可见光区域 , 因此大部分材料对太阳的吸收利用不超过 40%, 这是其转换效率比无机太阳能电池低的原因之一

不同吸收波长的材料对太阳 AM1.5 的最大吸收比例

有机太阳能电池面临的挑战：

1. 能带带隙 利用太阳能光谱中 >800nm 的光 , 有机太阳能电池的光吸收组分的能带带隙必须降低到 1.4eV 的光学值，但同时保持较高的载流子迁移率。

2. 界面优化给体 - 受体界面的能带匹配将提高器件的光电转化效率。要降低器件的串联电阻，就必须使层间的接触电阻尽量减小，这对填充因子和光电转化效率的提高均有利。研究有机和无机组分间的相容性以及层间的粘结程度有助于提高器件的性能和寿命。

3. 电荷传输 高载流子迁移率意味着在减小载流子的复合以及保持器件串联电阻较低的同时，可以使用较厚的光电层。研制新型的高载流子迁移率材料，将是获得高载流子迁移率的有效途径。

无机

有机

有机 - 无机复合太阳能电池

高迁移率近红外吸收良好稳定性

高光吸收系数分子裁剪良好加工性柔性器件大面积

解决途径：

1. 本体异质结太阳能电池：形貌（相分离尺寸） 器件结构（提高活性材料的摩尔吸收系数、降低能 隙和使材料有较宽的吸收光谱） 2. 有机 - 无机复合太阳能电池：表面与界面的调控 无机纳米晶形状的控制 有序复合

第二部分 电致发光

有机电致发光器件 (OLED) ，由于具有

1.结构简单，成本低；不需要背景光源和滤光片。

2.主动发光、视角范围大，响应速度快，图像稳定，亮度高、色彩丰富、分辨率高。

3.驱动电压低、能耗低，可与太阳能电池、集成电路等相匹配 。

研究背景

OLED采用电致发光 (electroluminescence, EL) ，即电能到光能的非热转换。在 OLED 上施加直流电压，空穴和电子分别从器件正极和负极注入到有机材料中，空穴和电子在有机发光材料中相遇、复合，释放出能量，并将能量传递给有机发光物质的分子，使其受激，从基态跃迁到激发态。当受激分子从激发态回到基态时，将能量以光能的形式释放出来，从而产生电致发光现象。

有机小分子发光器件稳定性差，若要得到高亮度、高效率的器件，通常要采用带有载流子输运层的多层结构。由于小分子材料容易重结晶或与发光层物质形成电荷转移络合物或发生激发态聚集而导致性能下降，聚合物则能克服这些缺点。

有机发光材料应具备的条件

①.固态具有较高的荧光量子效率，荧光光谱主要分布在 400 - 700nm 的可见光区域内。

②. 具有良好的半导体特性，或传导电子，或传导空穴，或既传导电子又传导空穴。

③. 具有良好的成膜特性，在很薄 (几十纳米 ) 的情况下能形成均匀、致密、无针孔的薄膜。

④. 在薄膜状态下具稳定性，不易产生重结晶，不与传输层材料形成电荷转移络合物或聚集激发态。

年份 进展 参考文献

1963 Pope等发现有机材料单晶蒽的电致发光现象 J Chem Phys, 1963, 38, 2042

1977 Chiang等发现具有高度共轭结构聚乙炔的导电特性 Phys Rev Lett, 1977, 39, 1098

1982 Vincett等将有机电致发光的工作电压降至 30V内 Thin Solid Film, 1982, 94, 171

1987 Tang等首先报道 8-羟基喹啉铝薄膜的电致发光现象 Appl Phys Lett, 1987, 51, 913

1990 Friend等发现在低电压下高分子 PPV的电致发光现象 Nature, 1990, 347, 539

1992Heeger等发明用塑料作为衬底柔性高分子电致发光器件 Nature, 1992, 357, 477

1992 Uchida等发现蓝光材料聚烷基芴 Synth Met, 1992, 57, 4168

1992 Grem等发现 PPP蓝光材料 Synth Met, 1992, 51, 383

1993 Sokolik等发现 PPV共聚物蓝光材料 J Appl Phys, 1993, 74, 3584

1994 Yan等深入研究 PPV电化学衰减的机理 Phys Rev Lett, 1994, 73, 744

1995 Fou等提出制备 OLED的多层自组装技术 J Appl Phys, 1995, 79, 1316

1997Forrest等发现电致磷光技术，突破有机电致发光材料量子效率低于 25%的限制 Adv Mater, 1997, 9, 725

1998 Kido实现电致发光白光 Appl Phys Lett, 1998, 73, 2866

2003 交联法制备多层高分子电致发光器件 Nature, 2003, 421, 829

PLED通常具有准一维的共轭结构，最常见的是主链 Π结构。 Π 电子的离域性为聚合物具备导电性提供了前提。大的共轭体系降低了HOMO 和 LUMO 之间的能隙，使其所对应的衰减跃迁的发光波长落在可见光区。

*

*

R1

R2n

聚对苯乙烯撑（ PPV ）

S

R2R1

**n

聚噻吩（ PT ）

**

OR

n

聚对苯（ PPP ）

R2R1

Ar **

n

聚芴（ PF ）

内量子效率 (η 内 )指在外加电场作用下，器件内注入的电子数与器件内产生的光子数的比例。

η 内 =γΤs1qγ 是器件内产生的激子数与注入电子数的比值；Τs1 是激子中单重态的比率； q 是单重态激子辐射跃迁失活的效率，其与发光材料的荧光效率有关。当 γ 和 q 均为最大值 1 时，器件的最高内量子效率为 25% 。

外量子效率 (η 外 )是评估器件性能的最常用指标，是指注入的电子数与透射出器件的光子数之比。

η 外 =αη 内

α 是透射出器件的光子数与器件内产生的光子数之比，最大值为 1

能量效率 (η 能 )又称流明效率，是指器件所产生的光能与消耗的电能之比。

η 能 =η 外 hv/eU

v 为器件发光的波数， hv 为光子的能量（电子伏特）， U 为外加电压，eU 为外加电场的能量。

!!!要获得高的能量效率，需要尽可能的降低器件的驱动电压。

1. 聚对苯乙烯撑类（ PPV ）

聚对苯乙烯撑是第一个被报道用作发光层制做电致发光器件的高分子。

Nature , 1990 , 347, 539Appl Phys Lett , 1991 , 58, 1982Angew Chem , 1998 , 37, 402

**

PPV

**

O

O

MEH-PPV

*

*NC

CN

OROR

ROOR

CN-PPV

**

O

O

OC1C10-PPV

**

Si

Si

R

RSIO-PPV

**

BUEH-PPV

**

O

O

M3O-PPV

典型的 PPV 及其衍生物

PPV 是一种空穴传输类型的共轭聚合物，其器件的电流主要为空穴电流，这导致一部分空穴不能同电子复合就直接流入阴极而导致发光效率降低。另外，由于载流子的复合区域接近阴极而容易使发光淬灭。

在 PPV链结构中引入电子传输基团获得空穴传输 (p型 )- 电子传输 (n型 )- 发射的 PPV衍生物。将 p型导体变为 n-p型导体的概念最早由黄维提出

当增加聚噻吩单元的长度时，吸收和发射光谱均向长波方向移动，当聚噻吩单元分别含有 1 ， 2 ， 3个噻吩环时，发光颜色分别是蓝，绿，桔黄色。说明 p-n结嵌段的结构可以有效的调控聚合物的发光颜色。

J Am Chem Soc , 1998 , 120 , 11808

向长波移

含有苯腈吸电子基团的 PPV衍生物，在常见有机溶剂中可完全溶解，在 400oC 下显示良好的热稳定性，并且有很高的玻璃化转变温度（高于 180o ），吸电子基团的存在降低了 HOMO/LUMO 的能级，其最大电致发光分别在 546nm 和 513nm 。在 513nm 发射几乎纯的绿光，其最大外量子效率为 0.67% ，最大亮度为 2900cd/m2 。

聚合物的 Tg 值很高，由于吸电子的苯腈基团的分子内和分子间的偶极相互作用，明显地提高了以这两种聚合物制备的 EL 器件的寿命。

Macromolecules 2002, 35, 6217-6223

取代基对聚噻吩的光电性质影响显著，主要表现为取代基的电子效应和位阻效应并且侧链取代基的电子效应一般大于位阻效应。位阻效应导致主链上共轭单元的共平面性变差，从而使有效共轭长度减小 。

1. 在 3位的取代基团不论是给电子基团还是吸电子基团，都会使能隙减小。

2. 给电子基团取代后， HOMO 能级和 LUMO 能级都将减小，且给电子基团的给电子性越强，减小的程度就越大，吸电子基团取代后， HOMO 能级和LUMO 能级都将增大。

3. 给电子基团和吸电子基团的取代都会使价带宽和导带宽有所减小。

4. 给电子基团的取代有利于 p型掺杂，吸电子基团的取代有利于 n型掺杂。

2. 聚噻吩类 (PT)

S* *

C8H17

P3OTS* *

PCHT

S* *

C8H17

PTOPTS* *

PCHMT

典型的 PT 及其衍生物

S* *

S **

OR

S **

R

S **

C8H17

序号 结构 禁带宽 (eV)

发光波长(nm)

参考文献

1 1.64 540 J Chem Phys , 1989 , 91, 1303

2 1.60 570 Synth Met , 1993 , 55, 287

3 1.70 610 Synth Met , 1993 , 60, 175

4 620 Chem Commun , 1994 , 2249

聚噻吩衍生物的禁带宽和发光波长

通过改变取代基的种类，体积大小，共轭主链的长度，规整度等，调节聚噻吩的有效共轭长度，从而调控聚噻吩的禁带宽。使其发光波长覆盖从紫外到红外的范围。

3. 聚对苯类 (PPP)

是第一个发蓝光的共轭高分子材料，具有带宽可调，热稳定性好的优点

**

PPP

**

O

EHO-PPP

**

O

O

DMBO-PPP

典型的 PPP 及其衍生物

Klaus Müllen 等合成了 C 和 N桥联的阶梯状苯基聚合物蓝光材料。两种聚合物的发射区域集中在 445nm 。

Chem. Mater. 2006, 18, 2879-2885

是人眼最敏感的区域

寿命有待提高，至少大于 10000 小时

低电压时就能获得很高亮度

亮度不高

红光 ,蓝光和白光效率偏低

PLED 面临的问题

1. 在 RGB三基色发光材料中，红色和绿色发光材料的亮度和效率都已经达到可以工业化的标准，但蓝光材料亮度，效率仍需要提高

2. 器件的寿命及稳定性仍需要进一步提高

3.载流子的注入及传输过程仍未彻底弄清，器件效率的绝对值仍然较低，器件的寿命距实际应用所需的工作寿命大于 10000h ，储藏寿命大于 5 年还有一定差距

4. 并且各基色的色纯度还不够

1. 高分子链间引入烷基取代基，降低高分子链间的作用力，增加高分子的晶格缺陷，在强极性有机分子的作用下，使高分子链间容易松动脱离，导致溶解性的改善。

2. 引入给 /吸电子基团，调节发射波长，并且提高电子 /空穴平衡注入 /传输能力。a.给电子取代基（如 -OR ）使 HOMO 能级升高，降低了电离势，而对 LUMO 能

级影响较小；b.吸电子取代基（如 -CN ）降低了 LUMO 能级，增大了电子亲和势，而对 HOM

O 能级影响较小；c.给电子取代基和吸电子取代基均能使聚合物能隙降低，紫外 - 可见最大吸收波长红移，效率得到提高。

3. 引入大体积基团或形成非共平面的扭曲结构以减少链间聚集，减小电子在链间传递而引起的荧光淬灭，提高量子效率及稳定性。

4.同时使用荧光材料和磷光材料，利用相应的间隔层来控制分开三线态复合区域和

单线态复合区域，以及相互之间的能量传递，获得高的外量子效率，并弥补磷光材

料的寿命问题。

改进 PLED 的指导思路

谢谢大家！