Abstract
摘要： 本篇論文使用理論計算方式探討有機電激發光材料(OLED)之電荷傳遞性質。文中以Marcus理論為出發點，利用理論計算的方式得到Marcus理論中與電荷傳遞速率有關的參數，分別為分子內部結構重整能量(λin)與電子偶合項(HDA)，並據此判斷同一物質中電子與電洞傳遞速率之快慢，因此所選擇的研究對象均為雙性電荷傳遞材料。由於無法估算分子外部結構重整能量(λout)的絕對值，無法對材料電荷傳遞速率的絕對速率進行更進一步的探討。 在分子內部結構重整能量的計算部份，我們選擇B3LYP/6-31G*計算氣態分子之Vertical Transition所需的能量以估算λin值。在電子偶合項的計算部份，則主要以HF-KT方法估算晶體中參考分子與周圍分子所有接觸方式所具有的HDA值。由Marcus理論可知，當λin值越大時，電荷傳遞速率越慢，當HDA值越大時，電荷傳遞速率越快。 在Polyacene的研究部份，我們發現電子與電洞遷移率相差不遠(數倍之內)的材料，由於計算所得之參數相距不遠，且分子本身性質並非十分明顯，論文中所提及方式判斷並不精確。但對於OLED中常用的電荷傳遞材料，如：電子傳遞材料AlQ與電洞傳遞材料CBP，其電子電洞傳遞速率相差約10倍(CBP)或100倍(AlQ)的材料，實驗現象與計算結果之趨勢則相符合。 在AlQ的計算部份，我們發現HDA值為影響分子間電荷傳遞速率的主要因素。此分子之所以為電子傳遞材料乃因分子間接觸方式具有特定的選擇性，而此接觸方式有利於行成較大的HDA(e)值。由配位基(Q)之電荷分佈與配位基(Q)之接觸方式來分析，這兩者有一定的關聯。 在CBP的計算部份，我們發現λin值與HDA值對於此分子之電荷傳遞速率均有影響。其中λin值受分子軌域分佈之影響，由於CBP分子內LUMO分佈範圍較小且分佈於易於進行結構調整的Bipenyl部份，促使此分子有明顯較大之λ-值，因而降低電荷傳遞速率。在CBP分子中HOMO分佈範圍較廣，使得分子間接觸有利於HOMO軌域之重疊，因此總合來說HDA(h)值較大。 由這兩個例子可看出，單分子之HOMO與LUMO的分佈為電荷傳遞速率的主要影響因素。AlQ因正負電荷吸引促使分子間的接觸有利於LUMO的接觸，良好的LUMO接觸將具有較大的HDA(e)值，因此為電子傳遞材料。CBP則因HOMO分佈範圍較廣而有利於HOMO軌域之重疊。分佈較廣的HOMO也意味著分子結構在電荷躍遷過程中的離子化過程，電荷分佈較為分散，分子內部結構重整能量也較低，因此為電洞傳遞材料。 本篇論文由分子間接觸的特性與分子本身的性質，已初步探討電荷傳遞材料之電荷傳性質的由來。