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华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室 工作简报 2019年第4期 (总第57期)

时间:2019-06-20 15:28      发布人:何秋云      阅读:248

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摘要:

荷兰科学院院士、乌得勒支大学(Utrecht University)Andries Meijerink教授来访

5月3日,荷兰科学院院士、乌得勒支大学(Utrecht University)Andries Meijerink教授,应华南理工大学张勤远教授之邀,访问了华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室。

Andries Meijerink教授做报告

下午15:00,Andries以“Doping the dots”为题为师生做了一场精彩的富有启发性的学术报告。在报告中,Andries教授主要介绍了如何在量子点中掺杂稀土或过渡金属离子以及发光性能调控。报告后,实验室师生与Andries教授进行了热烈讨论。通过此次报告,与会师生对量子点发光有了更深刻的认识。会上的互动交流也对师生的学术研究起到了积极的促进作用。随后,张勤远教授课题组与Andries院士就“Quantum cutting”等学术问题与可能的合作进行了深入交流。

 

泰州市科技局副局长童宁一行来实验室考察调研

5月30日下午,泰州市科技局副局长童宁一行率科技局及企业代表团来实验室调研节能与新能源产业发展情况。实验室副主任黄飞教授向童宁一行详细介绍了实验室的整体情况,近年来在科研创新、人才培养和队伍建设及国际合作交流等方面取得的成绩。

黄飞教授介绍实验室情况

童宁一行参观了发光材料与器件国家重点实验室的超净室、超快光学平台、小角度x射线散射式、核磁室等仪器测试平台,并重点参观了成果展示室。

在成果展示室,黄飞教授向童宁一行介绍了他们很感兴趣的柔性AMOLED显示屏的研究背景和应用,以及半透明有机太阳电池的材料特点和转化率等情况。黄飞教授还为调研组介绍了氧化物TFT背板、OLED护眼台灯、窄线宽单频光纤激光器、Melt-in-tube法制备倍频光纤等实验室成果。

童宁一行对实验室的发展和建设以及取得的原创性成果给予很高的评价,表达了希望今后充分结合各自优势,依托实验室人才培养、科研及成果转化的实力,服务地方产业和经济发展。学校科技成果转化办公室相关负责人参加了考察调研。

 

 “光电学术讲座”第三十五讲开讲

5月31日(星期五)下午 15:00,“光电学术讲座”第三十五讲在国重报告厅开讲。此次讲座由黄飞教授和应磊教授主持。胡志诚博士后、董升博士后、李振业博士生分别向师生们做了报告。

胡志诚博士后

题目:水醇溶共轭聚合物/小分子光催化分解水研究

胡志诚博士后在报告中详细介绍了近一两年在用于光催化分解水制氢的共轭材料方面的研究,包括如何通过侧链及主链设计、以及超分子自组装策略,实现共轭聚合物/小分子的高效光催化分解水制氢性能。

董升博士后

题目:面向印刷加工的大面积有机太阳电池

董升博士后在报告中详细介绍了厚膜阴极界面材料的设计及其在有机太阳电池中的应用,非卤素溶剂印刷加工的双层有机太阳电池,以及效率超过15%的大面积有机太阳电池等的研究工作。

李振业博士生

题目:提高全聚合物光伏器件性能的策略

李振业博士生在报告中主要分析了全聚合物光伏器件的优点及目前性能较低的原因,并针对这些原因介绍了一些提高器件性能方法的研究工作,包括三元共混提高全聚合物光伏器件的短路电流,三元共混提高全聚合物光伏器件的填充因子以及新型环保溶剂加工全面提高全聚合物光伏器件性能的方法。

发光材料与器件国家重点实验室主要研究进展介绍

1.引入功能性给体与“多通道”效应促进热活化延迟荧光材料的反向系间窜跃过程

近年来在有机电致发光二极管(OLED)领域,热活化延迟荧光(TADF)材料由于其可以通过反向系间窜跃(RISC)过程利用三线态激子在理论上实现100%最大激子利用率的特性而受到广泛的关注。开发与研究具有快速RISC过程的TADF材料被视为实现高效而且具有低效率滚降的TADF型OLED的关键。此外,利用具有高效RISC过程的TADF材料作为磷光材料的主体也被证明是可以有效降低磷光OLED滚降的策略。然而,对于基于常规分子设计策略而设计的TADF材料而言,RISC过程的速率常数往往比系间窜跃(ISC)过程的速率常数小2到3个数量级。由于在电致发光过程中,单线态与三线态激子之间的动态平衡是由ISC与RISC过程共同构建的,对于那些具有快的ISC过程以及相对慢的RISC过程的体系而言,抑制效率滚降事实上是难以实现的。因此,有必要提出一种新的分子设计策略以实现真正高效的RISC过程。

为此,苏仕健课题组近日提出了一种全新的TADF分子设计策略:将具有TADF特性的螺式分子作为功能性给体取代传统给-受体(D-A)型TADF分子中的给体单元,从而实现高效的RISC过程。螺式TADF分子ACRSA作为功能性给体单元被用于修饰经典TADF分子TRZ-p-ACR及其同分异构体TRZ-m-ACR。随着ACRSA单元的引入,新型TADF分子(TRZ-p-ACRSA和TRZ-m-ACRSA)相比原有分子展现出更蓝的光色,更利于实现高效辐射跃迁的高分子刚性以及更有利于实现RISC过程的小的单-三线态能级差(包括电荷转移单线态与电荷转移三线态以及局域激发三线态之间的能级差)。更重要的是,随着ACRSA单元的引入,研究者发现与证明了这些新型TADF分子中除了存在传统D-A型分子结构带来的分子内电荷转移态(ICT)跃迁之外,还存在额外的CT跃迁通道(包括ACRSA单元内部的ICT跃迁以及ACRSA单元与三苯基三嗪单元之间的空间电荷转移跃迁)。这些额外的跃迁通道提供了额外的电荷转移态与局域激发态,这些能量相近的激发态为RISC过程提供了“多通道”效应,共同促进了RISC的进行。TRZ-p-ACRSA和TRZ-m-ACRSA也因此获得了非常高的RISC速率常数( )以及相对低的ISC速率常数( )。基于TRZ-p-ACRSA的天蓝光TADF OLED器件获得了高达28%的最大外量子效率以及较小的效率滚降(分别在100与1000 cd m-2的亮度下获得了27.5%和22.1%的外量子效率)。以该系列新型TADF材料作为主体,黄色磷光材料PO-01作为客体的磷光器件获得了25.5%的最大外量子效率以及高达115 lm W-1的功率效率。该功率效率是目前基于单组分主体的黄色磷光器件中最高值。于此同时,磷光器件在100,1000以及10000 cd m-2的亮度下仍分别保持着25.2%,24.3%以及21.5%的外量子效率。

该工作与成果近日已发表在Advanced Functional Materials(Adv. Funct. Mater. 2019, 1808088)上,其中通讯作者为华南理工大学的苏仕健教授,第一作者博士研究生甘霖。相关工作得到了国家科技部,国家自然科学基金委员会,广东省科学技术厅以及博士后面上基金的资助。

 

  1. 双界面协同作用助力高效、高光稳定性全无机CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的制备

 

全无机铯-铅卤化物钙钛矿太阳能电池(CsPbX3,X = I,Br,Cl)因其优异的光电性能和极高的热稳定性而受到越来越多的关注,其中CsPbI3钙钛矿可以承受超过300℃的高温条件,同时由于其黑色立方相结构具有适宜的光学带隙(1.73 eV),在作为钙钛矿/硅叠层太阳能电池的顶电池方面很有应用前景。但是,CsPbI3钙钛矿自身的Goldschmidt容忍因子(~0.81)较低,导致黑色立方相结构在室温、大气环境下极易转变为光电性能较差的黄色正交相。为提高CsPbI3钙钛矿的相稳定性,研究人员已经开发了众多有效的策略,目前常用的一种方法便是进行卤素取代。使用更小的Br部分取代I,增大Goldschmidt容忍因子,达到稳定立方钙钛矿相的作用。可是另一方面,混合卤化物钙钛矿对光诱导的卤化物偏析非常敏感,光照下易发生离子迁移,进而产生I富集与Br富集,使得电池器件性能下降;同时空穴传输材料Spiro-OMeTAD中的掺杂剂(TBP、Li+)对器件性能稳定也具有不利作用,因此急需寻找简便有效的方法来解决全无机混合卤化物钙钛矿的光诱导降解问题,进一步为实现市场应用做准备。

针对提高器件的光照稳定性,近期,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室叶轩立教授课题组采用了氨基官能化聚合物(PN4N)作为阴极界面层以及非掺杂的空穴传输聚合物(PDCBT)替代Spiro-OMeTAD作为阳极界面层。PN4N界面层可以有效调节表面浸润性,实现了大晶粒、高结晶度的钙钛矿薄膜生长;同时PN4N层使得阴极界面处形成界面偶极子,降低了SnO2的功函,PDCBT更深的HOMO能级在阳极处实现良好的能级匹配,二者共同促进了开路电压Voc的显著提高;另外,经实验测试和理论模拟计算,均得到了PN4N和PDCBT可以与钙钛矿晶体发生强烈的相互作用的结果,实现双界面协同钝化表面缺陷的作用并抑制CsPbI2Br薄膜的光诱导卤化物分离。最终成功制备了高效率(>16%)、高光照稳定性的CsPbI2Br无机混合卤化物钙钛矿电池(PVSC),是所有无机PVSC报道中的最高效率之一,优化器件在连续1 Sun等效照射下持续400小时,效率只下降了10%。

相关成果以《Dual Interfacial Design for Efficient CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with Improved Photostability》为题发表在Advanced Materials上(Adv. Mater. 2019, 1901152. DOI: 10.1002/adma.201901152),其中通讯作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室的叶轩立教授和薛启帆副研究员,第一作者硕士研究生田晶晶。相关工作得到了国家科技部,国家自然科学基金委员会,广东省科学技术厅,广州市科技计划项目的支持。

5月份境内外学者来国重室访问交流情况