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1、一、解释概念（10分，每个概念 2分）1. 电子轨道： 原子核外电子的特性通常用电子轨道来描述，它包括电子运动轨迹（即电子云形 状）和电子能量（轨道能级）两个最重要内涵。2. 高占据能级：最高占据能级（the highest occupied molecular orbital, HOMO）定义为分子 中能量最高的充满电子能级，与实验值中的电子解离能相等（IP）；3. 电子亲和能：电子亲和能（ EA, e l e c t r on aff i n i t y ）定义为材料表面处于导带底端的电子进入 表面真空能级所需要的能量。4. 费米能级：费米能级可看作一个参考能级，其能量为E。在E能级这样一
2、个状态上，被电子占FF据或空置的几率是相同的（f = 1/2）5. 系间窜越： 系间窜越：用来描述涉及不同多重性能级之间的内转换（或非辐射）过程，即：单线态与三线态之间的非辐射电子跃迁过程。通常情况下， ISC 过程是禁阻的，单线 态与三线态的自旋轨道耦合可以缓解这种禁阻。二、简要回答如下问题 （40 分）1、根据复杂性的不同，请将有机材料分类，并对每类材料做简要说明。（5）根据结构复杂性的不同，有机材料一般分为小分子、聚合物以及生物分子。小分子：一般分子量小于1000，有明确的分子量，是单一物质。 聚合物：也称作高分子，是以一种或几种由碳、氢、氧、氮等元素组成的结构单元为单体，通过多次（10
3、3105）重复连接而形成的具有成千上万甚至上百万质 量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子。通常情况下，聚合物中结构 单元的重复次数有不同的取值，因此聚合物是混合物，具有一个或宽或窄的 分子量分布。生物分子：是结构最为复杂的一类有机物，与生命体中存在的物质相关，如蛋白质、 DNA 等。2、简述有机分子内的主要光电过程。（5）（1）吸收（absorption，简写：abs.）;（2）内转换（inter crossing，简写：IC，t 10 ps，T 为寿命）；（3）系间窜越（inter system crossing，简写：ISC, t 10 ps ）; 荧光（fluorescence,简写
4、：FL,t1T0 ns）;磷光（phosphorescence，简写:PhL,T 100 ns ）;（6） 非辐射跃迁（指热能释放，包括内转换和系间窜越）3、以金刚石、石墨和富勒烯为例，阐述不同的化学键合方式可导致的材料 性质差异。（10）金刚石中的碳是sp3杂化，原子之间完全是共价键。碳原子在正四面体的sp3轨道 上向空间扩展，形成大分子。性质：坚硬无比，非常稳定，是绝缘体；层状石墨碳是sp2杂化，层内原子之间是共价键，存在I电子，而层与层之间的碳 原子是以范德华力结合的。这样的键合方式，使石墨既有很好的平面性，又有层状的 结构。可以在大平面内离域的冗电子使石墨的导电性较好，而层状结构又使得
5、石墨具 有润滑性；球状富勒烯由于存在sp2轨道可形成共轭，因此有导电性。但是富勒烯是一个个 分立的分子，分子之间是范德华力。与石墨相比，富勒烯中共轭程度远远小于石墨， 同时由于球形弯曲的缘故，其共轭性也远远没有石墨好，因此富勒烯不但导电性低于 石墨，稳定性也比石墨低。4、基于HOMO和LUMO轨道，画出气态分子、晶体、以及非晶态固体的能级N（E）N（E）5、请简单画出两种OFET的结构。（10）SourceDrainOrganic SemiconductorOrganic SemiconductorSource | DrainGate DielectricGate DielectricGate
6、 ElectrodeGate Electrode2页共5页三、综合问答（50 分）1、请画出平面异质结和本体异质结的 OPV 器件结构，并指出其各自的优缺 点。（10）阴极受体材料给体材料阳极平面异质结OPV器件 与单层器件相比，平面异质结器件的最大优点是提供了电荷分离的驱动力，即给 体和受体界面处的电子势垒。另外，平面异质结器件同时提供了电子和空穴传输通道。当激子在D-A界面产生电荷转移后，电子在n型受体材料中传输，而空穴则在p型给 体材料中传输。因此电荷输运效率较高，自由电荷重新复合的机会也降低。该器件结 构的主要缺点是，用于激子分离的异质结仅仅存在于给体和受体的界面处，材料吸收 光后产生
7、的激子必须扩散到界面才能够被解离，因此离界面较远的激子被浪费了。本体异质结器件与双层异质结器件相似，都是利用D-A界面效应来转移电荷。它们的 主要区别在于：（1） 本体异质结中的电荷分离产生于整个活性层，而双层异质结中电 荷分离只发生在界面处的空间电荷区域（几个纳米）。因此本体异质结器件中激子解离 效率较高，激子复合几率降低，结果减少或避免了由于有机物激子扩散长度小而导致 的能量损失；（2） 由于界面存在于整个活性层，本体异质结器件中载流子向电极传输 主要是通过粒子之间的渗滤（percolation）作用，而双层异质结器件中载流子传输介质 是连续空间分布的给体或受体，因此双层异质结器件中载流子
8、传输效率相对地高。而 本体异质结器件由于载流子传输特性所限，对材料的形貌、颗粒的大小较为敏感，且 填充因子也相应地小68。2、请画出0PV器件的暗态、以及光照下I-V曲线，并描述用于0PV表征的 参数：开路电压、短路电流、填充因子、功率转换效率（10）。 开路电压是指在没有电流回路时，经过光照后器件产生的电压。短路电流是指在外加电场为零时，受光照的器件在形成回路时所能产生的电流。 填充因子是指电池的最大输出功率（UJ）与开路电压和短路电流乘积之比值m m功率转换效率（n P）定义为器件最大输出功率Pm与辐照功率Pin之比yiuQa he-u3、基于磷光机制和荧光机制的0LED,请推导出它们各自
9、可以达到的最大 发光内量子效率。（10）OLED器件中的发光可以分为荧光0和磷光两类。在有机材料中荧光和磷光分别指单线态和三线态的发光。OLED器件的发光源于载流子注入，且注入载流子是随机分布 位于单线态和三线态。由于单线态和三线态的比例是1：3 ，因此电注入情况下，通常 认为单线态和三线态激子的比例是1： 3。基于此，荧光机制的OLED的内量子效率最 大为 25%。对于磷光OLED，虽然三线态激子的比例为75%，但是如果材料的系间窜越效率很 高，单线态激子可以高效地转移到三线态上，那么，磷光机制OLED的内量子效率可达 到 100%。4、请画出一个三层 OLED 的器件结构，并由此解释载流子
10、注入、传输、复 合以及发光的过程。(10)(a)阴极4 T 电子传输层“1. .J j + + + + + + + +申L空穴传输层ITO透明玻璃衬底空穴由阳极(ITO)注入，向空穴传输层传输，而电子由阴极注入，向电子传输层输运。当电子和空穴在发光层的某个位臵相遇时，可能复合产生激子，激子的辐射衰减，就 产生了光。5、在 OLED 中，请指出双层器件相对单层器件的优点。(10)1) .双层结构解决了正负电极的真空能级与有机材料双向匹配， a 平衡载流子注入 b 提高材料的选择性自 觉 遵装 守考订 试线 规则内，诚不信考要 试, 答绝 不题2) . 双层结构使正负载流子由电极开始向有机层的中间迁移,使发光层远离电极,防止 了电极对发光的淬灭.
