有机发光二极管(OLED)器件性能的提高一直是有机电致发光领域备受关注的研究课题之一, 通过优化OLED器件中的载流子平衡是提高OLED器件性能的一个非常重要的手段。但是, 调控空穴传输层或电子传输层中的分子取向, 从而优化器件中的载流子平衡未被关注。本文通过对空穴传输层进行不同温度的退火处理来改变空穴传输层中的分子取向, 研究分子取向对其空穴迁移率和OLED器件性能的影响。研究发现, 退火温度的升高使得空穴传输层中具有垂直取向的分子的比例增加, 促进了空穴迁移率的提高。当把具有不同分子取向的空穴传输层应用于OLED器件时, 可以清楚地观察到载流子平衡因子对器件性能的影响。

为了提高以TADF材料作为主体、天蓝色荧光材料作为客体的混合薄膜的OLED器件光电性能, 我们调整了器件结构, 使主体材料发挥其优势。制备了基本结构为ITO/NPB(40 nm)/DMAC-DPS∶x%BUBD-1(40 nm)/Bphen(30 nm)/LiF(0.5 nm)/Al的OLED器件。研究了主-客体材料在不同掺杂浓度下的OLED器件的光电特性。为了提高主体材料的利用率, 在空穴传输层和发光层之间加入10 nm的DMAC-DPS作为间隔层; 然后, 在阳极和空穴传输层之间加入HAT-CN作为空穴注入层, 形成HAT-CN/NPB结构的PN结, 有效降低了器件的启亮电压(2.7 V)。测量了有无HAT-CN的单空穴器件的阻抗谱。结果表明, 在最佳掺杂比例(2%)下, 器件的外量子效率(EQE)达到4.92%, 接近荧光OLED的EQE理论极限值; 加入10 nm的DMAC-DPS作为间隔层, 使得器件的EQE达到5.37%; HAT-CN/NPB结构的PN结有效地降低了器件的启亮电压(2.7 V), 将OLED器件的EQE提高到5.76%; HAT-CN的加入提高了器件的空穴迁移率, 降低了单空穴器件的阻抗。TADF材料作为主体材料在提高OLED器件的光电性能方面具有很大的潜力。

通过在有机发光二极管（OLED）的阳极与空穴传输层NPB之间加入m-MTDATA作为缓冲层来研究缓冲层对器件性能的影响。制备了ITO/m-MTDATA(d nm)/NPB(40-d nm)/Alq3(70 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(40 nm)、ITO/ MoO3 (15 nm)/NPB(25 nm)/Alq3 (70 nm)/LiF(0.5 nm)/Al(40 nm)结构的器件，研究不同m-MTDATA厚度对OLED发光亮度、电流密度、电流效率等性能的影响。实验发现，当缓冲层的厚度为15 nm时，器件的启亮电压从未加缓冲层的13 V降到了9 V，最大发光亮度从未加缓冲层的5900 cd/m2增加到16300 cd/m2，是原来的2.76倍。最高的电流效率也由未加缓冲层的1.8 cd/A变为3.5 cd/A，是原来的1.94倍。然后在器件的氧化铟锡（ITO）与NPB之间插入了厚度为15 nm的MoO3缓冲层。与同厚度的m-MTDATA器件相比,插入MoO3缓冲层器件的启亮电压降低为8 V，最大亮度为13320 cd/m2，最大电流密度为6030.74 A/m2，最大的电流效率为3.06 cd/A。

在实验上研究了不同材料构成的一维窄带光子晶体带隙特性，采用电子束热蒸发技术，制备了一系列可见光范围内的窄带光子晶体反射镜。实验结果表明：高低折射率比值能够影响光子晶体对相应频率光的抑制能力。折射率比值恒定时，随周期数的增多，最大反射率增大，带隙宽度减小；对于折射率比值不同的光子晶体，折射率比值越小，带隙越窄，达到高反射率所需的周期数目越多。通过构建异质结构光子晶体，显著缩小了光子晶体带隙，并使其在短周期内实现了窄帯高反射率。

从量子力学角度分析银铝共掺硫化锌可以作为高效电子传输层材料, 从理论上计算出杂质原子的波尔半径, 对于银铝共掺硫化锌作为高效的电子传输层的最佳厚度给出了理论参考值。利用银铝共掺硫化锌作为电子传输层, 制备了结构为ITO/NPB/Alq3/ZnS∶Ag-Al(x)/PBD/Al的有机电致发光器件, 分析了不同厚度的银铝共掺硫化锌电子传输层对器件发光强度的影响, 并对共掺硫化锌中载流子传输机制进行了分析。实验发现共掺硫化锌具有良好的空穴阻挡和电子传输性能。当银铝共掺硫化锌电子传输层厚度为8 nm时, 器件的相对发光强度和电致发光强度相对于没有电子传输层的器件分别增加了430倍和130倍, 器件的阈值电压也降低了4 V。与纯硫化锌作为电子传输层器件相比, 相对发光强度提高3倍。

利用热力学统计理论及薄膜生长理论，给出了薄膜堆积密度、折射率与基底温度之间的关系。在实验中采用电子束热蒸发技术，在不同的沉积速率和基底温度下制备了单层二氧化硅薄膜。研究了沉积速率与薄膜表面均匀度及折射率的关系，并着重分析了基底温度对薄膜折射率、透射率、表面形貌及微观结构的影响。实验结果表明：基底温度升高，薄膜表面粗糙度减小，晶粒间隙缩小，折射率增加，透射率提高，吸收度降低。且当基底温度为500 ℃时，在可见光区域SiO2薄膜的透射率可达99.4%以上。对实验数据进行拟合，理论计算与实验结果符合得很好。

透明导电薄膜被广泛应用于平板显示，太阳能电池等发光行业。透明导电薄膜厚度的减少将导电薄膜的用途大为拓展，目前该薄膜的制备仍然是研究热点。采用激光分子束外延（LMBE）镀膜系统在1.0×10-5 Pa的高真空下制备了不同厚度、不同氧压下的ZnO单层膜以及ZnO/Au/ZnO三明治结构薄膜，并进行了光谱及电阻率的测试，运用控制变量法得到ZnO和Au的最优膜层厚度。制备出通透性好（可见光透射率80%以上）、电阻率低(6.89×10-4 Ω·cm)厚度均匀的透明导电薄膜。

有机太阳能电池吸光活性层的电学传输特性和光学吸收特性不匹配，是制约其能量转换效率提升的主要原因之一。采用陷光结构操纵入射光波，提升电池对光的约束和捕获能力以达到“电学薄”和“光学厚”的等效作用，是解决有机太阳能电池光电矛盾的有效手段。从光学和电学的双重视角考察了单结有机太阳能电池的运行机理，详细讨论了等离子体、光子晶体等各类结构的陷光原理与特点，展望了有机太阳能电池陷光结构的发展趋势，有助于拓展其设计思路和理解下一代太阳能电池的先进光学管理理念。

金属纳米孔阵列作为彩色滤波器件在OLED中有很好的应用前景。本文提出利用胶体晶体刻蚀与真空沉积技术制作大面积金属纳米孔阵列滤波器, 并用FDTD模拟优化所需要加工的金属孔阵列的结构参数, 分析了其滤波效果及其物理规律和机制。研究表明: 在选择粒径为720 nm的PS球、刻蚀剩余粒径为240 nm、金属膜厚度为120 nm的条件下, 满足CIE红光显示标准的共振波长为704.06 nm, 强度透射率为52%, 透射谱带宽为24.8 nm。模拟结果为用PS球刻蚀技术制备金属纳米孔阵列的实验提供了理论支持。

针对纳米光栅的加工需求，提出一种以柱形光栅耦合结构为基础的单模共振干涉光刻方法。该方法以柱形光栅耦合结构为掩模，结合光刻胶和基底层形成介质波导，入射光经过光栅衍射后以特定衍射级次(±1级)进入光刻胶形成干涉条纹，光刻胶作为波导层，可将入射光光强增强25～50倍，从而大大提高了光能利用率。采用441 nm的入射光，通过模拟计算，可以得到周期小于λ/3、凹槽宽度为42～88 nm（λ/10～λ/5）的纳米结构。