提拉法可控组装有机微纳晶体及其光电器件的应用

摘要

有机微纳单晶材料具有较高的载流子迁移率和较长的激子扩散长度，其光电性能显著优于相应的非晶薄膜体系，成为当前有机半导体材料领域的研究热点。本论文利用提拉法实现了大面积有机微纳晶体的可控组装，研究了提拉速度、溶液浓度、基底夹角对有机微纳晶体组装的影响，以及大面积有序排布的有机微纳晶体在光电探测器以及发光二极管中的应用。主要研究内容如下: 一、提拉法图案化有机微纳晶体及其在光电探测器中的应用 利用表面活性剂辅助法合成出尺寸为0.8-3.5μm的零维2，5，8，11-四丁基苝(2，5，8，11-tetra-tert-butylpelene，TBPe)有机多面体晶体，然后通过提拉法在光刻胶模板辅助下将其排布到图案化的光刻胶孔洞中，光刻胶圆孔晶体的占有率达到90％。我们对影响有机微纳晶体图案化排布的三个关键性因素(提拉速度、溶液浓度、基底倾斜夹角)进行了研究，获得了在提拉速度为0.8μm/s，浓度为0.15 mg/mL，基底倾斜夹角为15°时，TBPe晶体图案化成功率最高。同时通过改变光刻胶模板的图案，我们可以实现TBPe晶体的环形，圆形，十字形的排布。此外，通过调控光刻胶圆孔的尺寸和TBPe晶体尺寸，我们可以精确调控光刻胶圆孔中晶体数量。这种方法具有高度的普适性，可适用于多种有机微纳晶体的图案化组装，例如二维的C60微米片，7，7，8，8-四氰基喹啉二甲烷(TCNQ)微米片以及三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)微米片等。另外基于图案化单晶C60微米片制备的光电探测器显示了优异而稳定的光响应性能，器件的开关比为100。本工作所提出的提拉法具有简便性和普适性，在构建大面积高性能功能化的有机微纳晶体集成器件方面具有巨大潜能。 二、提拉法制备致密有机无机杂化钙钛矿量子点薄膜及其发光二极管的应用 利用溶剂交换法制备出尺寸均匀的有机无机杂化钙钛矿量子点(～4.2 nm)，接着通过提拉法成功地制备大面积、平整致密的有机无机杂化钙钛矿量子点薄膜。改变通过改变卤素元素(Br，Cl，I)的配比或量子点尺寸，可以调控量子点薄膜的发光颜色从蓝色、青色、绿色、橙色到红色(440-660 nm)。利用有序组装的有机无机杂化钙钛矿量子点薄膜，我们成功地实现了蓝色、青色、绿色、橙色到红色五种发光颜色的发光二极管。其中，绿光器件在亮度为2398 cd/m2时，器件最高电流效率为3.72 cd/A，最高外量子效率为1.06％。此外，封装后的器件能够在空气中稳定发光7天。这项工作表明，提拉法在制备大范围均匀薄膜方法具有巨大潜力，同时也为有机无机杂化钙钛矿量子点在光伏和光电探测器等领域的应用提供了可能。

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