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东京大学等开发高电荷迁移率两极性有机半导体材料

发布时间:2018-08-12 16:05热度()我要投稿
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导读:6月9日消息,东京大学及日本科学技术振兴机构(JST)等的研究小组开发出了作为非晶质物质的电荷迁移率达到“最高

        6月9日消息,东京大学及日本科学技术振兴机构(JST)等的研究小组开发出了作为非晶质物质的电荷迁移率达到“最高水平”(该研究小组)的两极性有机半导体材料。

 

2007年发表的Benzodifuran衍生物(左),此次开发的两极性CZBDF的结构


对中间层掺杂色素后的同质结有机EL元件的电压-外部量子效率特性(左图)以及元件发光情形(右下照片)

  该两极性材料称为“CZBDF”,系在该研究小组2007年发表的含有氧原子的缩环π电子共轭类化合物“Benzodifuran”为母核的衍生物基础上开发而成。Benzodifuran衍生物是一种在非晶质薄膜上具有高空穴迁移率的p型半导体材料。此次通过将该Benzodifuran衍生物的“ 胺”部位换成“咔唑”,开发出了高电荷迁移率的两极性材料CZBDF。另外还使用CZBDF试制了同质结型有机EL元件,并成功实现了同时使用荧光和磷光的EL发光及蓝、绿、红3原色EL发光。

  CZBDF的非晶质薄膜的电荷迁移率,空穴为3.7×10-3cm2/Vs,电子为4.4×10-3cm2/Vs。两种电荷的迁移率都很高,数值均衡性良好。这些数值是利用飞行时间(TOF:Time Of Flight) 法测量的(电场强度为2.5×105V/cm时)。

  此外,该研究小组还利用此次开发的两极性材料CZBDF,通过真空蒸镀法试制了同质结型有机EL元件。具体为,将玻璃底板上的 ITO(氧化铟锡)作为阳极,以真空蒸镀在该阳极上依次形成了厚150~200nm的有机薄膜及Al金属(阴极)。

  该有机薄膜以CZBDF为单一的主体材料,在距阳极30nm的范围内,通过与无机氧化剂V2O5(五氧化二钒)一同蒸镀而进行P型掺杂。而在距阴极20nm的范围内,则通过与还原剂(金属铯)一同蒸镀施行n型掺杂。这样,便可使从电极到CZBDF的电荷变得易于注入和输送。

  在未掺杂氧化剂及还原剂的中间层(厚50~100nm)分别掺杂蓝、绿色荧光色素或红色磷光色素,实现了3原色发光。绿色荧光元件在亮度为6万cd/m2时,显示出了4.2%的高外部量子效率。

  此次试制的有机EL元件之所以能够实现3原色高效发光,认为是得益于CZBDF具有的以下性质。(1)具有高均衡性且高迁移率的两极性;(2)CZBDF是宽带隙半导体材料,HOMO(最高占据轨道)与LUMO(最低未占轨道)之间的能量差非常大(3eV左右);(3)可将电荷高效封入发光色素之中。

  有机EL元件目前以层叠5~6种不同材料的有机薄膜的异质结结构类型为主流。而东京大学等的研究小组此次利用简单的同质结型有机EL元件实现了3原色发光及高效发光,因此可期待由此开发出低成本且高效率的有机EL显示器及照明。另外,今后还打算向与有机EL同样具有多层结构的有机薄膜太阳能电池等领域推广。

  此次的成果已于2009年5月25日在德国科技杂志《Advanced Materials》的在线版上公布.

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