摻雜型載流子傳輸材料的密度泛函理論研究.pdf

1、近年來，通過改進(jìn)載流子傳輸層的性能以提高有機(jī)電致發(fā)光器件的發(fā)光效率正成為人們的研究熱點。目前，對堿金屬摻雜電子傳輸層，以及具有高功函數(shù)的金屬氧化物或有機(jī)物摻雜空穴傳輸層的實驗研究較多，但是僅依靠實驗的方法并不能完全探明其提高載流子注入和傳輸?shù)臋C(jī)理，因此通過量子化學(xué)的方法在理論上進(jìn)行深入的分析具有非常重要的意義。本文通過密度泛函理論深入研究了n型摻雜電子傳輸材料及p型摻雜空穴傳輸材料的分子幾何結(jié)構(gòu)、分子軌道能級及分布、電荷轉(zhuǎn)移等特性，并在

2、理論上分析了摻雜提高載流子傳輸?shù)臋C(jī)理。
　　 1.對于n型摻雜電子傳輸材料，我們選取了Li原子摻雜常用的電子傳輸材料8-羥基喹啉鋁(Alq3)分子進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，Li原子摻雜Alq3后，Li原子與Alq3的O、N原子鍵合，形成電子轉(zhuǎn)移復(fù)合物。Li原子將部分電子轉(zhuǎn)移到Alq3的吡啶環(huán)上，在Alq3的帶隙內(nèi)形成施主能級，這種n型摻雜結(jié)構(gòu)有效地提高了電子的傳輸效率。但Li與Alq3的結(jié)合會使Alq3分子中Al-O鍵變長，而過多

3、的Li原子的摻雜會使Al-O鍵斷裂從而使得Alq3分解，這會影響到Alq3分子之間的堆積方式，使分子之間的π-π相互作用變?nèi)?，電子的遷移率也會隨之下降，從而減弱了其電子傳輸能力。由于當(dāng)Li：Alq3=1:3時，Alq3分子已經(jīng)不能保持其原有的構(gòu)型，為使Alq3的電子傳輸能力達(dá)到最高，Li原子的摻雜應(yīng)保持在2:1左右的比例。
　　 2.對于p型摻雜空穴傳輸材料，我們選取了NPB和CBP兩種空穴傳輸材料，分別采用氧化鉬、氧化鎢及F4

4、-TCNQ摻雜進(jìn)行分析。通過分析得出過渡金屬氧化物主要以.Mo3O9、W3O9團(tuán)簇的形式存在，同時也以MoO3、WO3的形式少量存在。但由于MoO3、WO3與主體有機(jī)分子之間存在較強(qiáng)的化學(xué)鍵合，使得形成的電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的能帶結(jié)構(gòu)與主體材料本身的能級結(jié)構(gòu)相比沒有本質(zhì)的變化，并不能提高空穴的注入和傳輸。而當(dāng)氧化物以Mo3O9、W3O9的形式存在時，由于Mo3O9、W3O9團(tuán)簇與主體有機(jī)分子之間只存在弱相互作用，形成的復(fù)合物具有較低的空軌道能

5、級，復(fù)合體的空軌道能級相當(dāng)于在主體材料的帶隙內(nèi)形成了深雜質(zhì)能級，屬于p型摻雜，可以有效的提高空穴的注入和傳輸。由于W3O9的最低未占據(jù)軌道能級高于Mo3O9，使得W3O9與主體材料形成的復(fù)合物的能隙較大，電子躍遷相對困難，所以Mo3O9相對W3O9是一種優(yōu)良的摻雜材料。而當(dāng)F4-TCNQ作為摻雜劑時，與Mo3O9及W3O9摻雜類似，與主體有機(jī)分子之間也只存在弱相互作用。F4-TCNQ由于其相對于金屬氧化物具有更低的空軌道能級，因此從主體