有机半导体界面能级匹配规律

有机光电器件是一种新生代的以有机材料为基础的半导体器件。其中最具代表性的器件是有机发光二极管(OLED)以及有机光伏电池(OPV)。有机材料的一大特色是其可以制备于柔性基底,因此有机光电器件相比于无机器件来说应用前景更加宽广。除此之外,印刷技术可以应用于生产有机光电器件,这就意味着其生产成本相对于无机器件大大降低。如今,OLED显示屏已经率先进入商业市场,其纯黑的背景的以及广阔的色饱和度使得OLED成为当代最受人瞩目的显示技术。Samsung,LG等知名公司已经将OLED技术应用于手机,电视等产品的生产。一个典型的OLED由两个电极(阳极和阴极)以及夹杂在两个电极之间的不同有机材料薄膜层堆叠而成。该有机薄膜层通常是由气相或者液相的有机小分子凝聚于衬底表面形成。不同有机薄膜层相互接触形成有机异质结界面。该界面处两侧分子之间的能级匹配对于有OLED的性能起到了决定性的作用。优秀的能级匹配能够降低OLED的电压,因此显著提升器件电-光转化的效率。因此,理解和控制有机界面处的能级匹配是设计和开发高效率有机光电器件的首要前提。

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由多伦多大学教授吕正红(云南大学特聘教授)带领的科研团队(李怡颖和李培丞)开展了一个系统全面的关于有机界面能级匹配的研究,并且成功发现了一个适用于所有有机分子异质结界面的能级匹配规律。该科研团队基于大量的不同种有机界面能级匹配的数据,归纳总结出了一个通用于任何有机界面的能级匹配图。该能级匹配图包含三个显著的区域。这三个区域的定义依赖于一些最基本的界面处的物理参数,例如费米能级,功函数,最高被占据分子轨道以及最低未被占据分子轨道。这个能级匹配图具有普遍性并且预测了当两种不同有机分子接触时,它们能级之间是怎么相互匹配的。除此之外,该能级匹配图也涵括了具有分子取向的有机界面,因此对于研究分子取向的研究者提供了一个实验和理论的依据。这项工作对于有机光电器件领域具有重大意义,并且为开发新兴有机半导体材料和高效率的有机光电器件奠定了基础。该研究成果发表于杂志Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201700414)上。