Bumblebee – OLED 电学模拟领跑者

电学模拟一直是OLED模拟领域的一个难题，模拟的可靠性往往差强人意，主要原因是旧的理论模型对于材料的掺杂问题、激子行为缺乏进行正确描述。Bumblebee采用了最先进的模拟理论，对OLED堆叠结构采用细致的三维格点模型，采用精确的理论，描述极化子传输、激子传输、激子-极化子与激子-激子相互作用、电荷转移态、偶极矩、热振动等模型，在仿真质量上相对于旧模型有质的飞跃，真正做到从分子的层面模拟像素级别的器件。

近十年的技术发展

只能进行单极电荷传输的模拟 → 双极电荷传输模拟 → 电流密度-电压（J−V）特性和辐射分布曲线与实验数据密切吻合 → 激子-激子和激子-极化子相互作用被纳入，再现 EQE 滚降特性 → 热活化延迟荧光（TADF）过程被纳入 → 纳入（CT）态对 IQE 的影响 → 纳入分子部分取向静态电偶极矩的影响 → 增加瞬态光致发光模拟能力。

以上技术发展均已在Bumblebee内实现。

传统研究方式的弊端

试错法 → 大量实验
每个新的材料组合 → 优化必须重新开始
寿命/退化 → 实验测试耗时

OLED/OFET 器件堆叠结构设计的重要性

器件的行为、性能、寿命不仅仅受材料影响，也直接受堆叠结构本身的影响，如果不提堆叠结构，就不可能说一种材料比另一种材料好
- 没有一种完美的材料能在所有情况下都起作用
- 一种材料在一个堆叠中表现很好，在另一个堆叠上表现很差
- 通过模拟，能预测、帮助改进特定堆叠所需的材料特性
堆叠设计可以帮助减少器件的缺点
- 材料一般并不完美，堆叠设计可以帮助最大限度地减少某些损失
- 通过模拟识别出关键的损失通道，指导更高效的器件构架设计
- 可针对特定应用（例如，显示器、照明、汽车等）优化器件
堆叠设计需要达到：：
- 器件高效
- 器件对某些参数（例如生成过程中必然存在的微小变化）不太敏感，如果一种设计对参数特别敏感，在生产的角度就没有太大的价值了

Bumblebee模拟激子在OLED材料层间的传输与发光

Bumblebee 的功能

Bumblebee 概览（B站）

工作逻辑

用户提供材料参数（包括HOMO、LUMO能级，载流子传输相关参数、激子参数），以及堆叠设计（层厚度、层内材料情况），软件通过载流子传输理论通过蒙特卡洛模拟得到电流-电压特性，通过激子行为的多种理论得到激子的复合发光、传输、解离、非辐射衰减等情况，以及EQE滚降等特性。从应用上，通常用户无法得到材料所有参数，因此往往通过实验测量的J-V曲线、EQE滚降曲线，逆向反推材料参数，明确材料参数后，基于这些参数，正向优化堆叠设计。

模拟对象为，电子传输层与空穴传输层之间的堆叠结构（不含阴极、阳极，堆叠结构与电极之间简化为欧姆接触）。

光电特性

支持最先进的材料：常规 OLED/OFET 材料，TADF 发射体和超荧光材料、真空、掺杂、缺陷
精确的载流子动力学模型
精确的激子动力学模型：激子的Dexter、Förster传输，激子湮灭，极化子猝灭，三重态捕获、激基复合物、振动耦合
扫描器件工作特性：电压扫描、光照扫描、温度扫描
输出：
- 发光光谱
- 电流-电压曲线
- 电容
- EQE滚降特性
- 电子、空穴、激子在堆叠结构中的分布
- 激子复合、辐射衰减、非辐射衰减、淬灭、湮灭等行为在堆叠结构中的分布，以及在不同材料中的分布
- 光致发光
- 光照、电压脉冲引发的瞬态响应、小信号分析
- 亮度-电压关系

材料参数如何确定？

激子参数：通过材料薄膜的 PL 含时演化特性，以及材料发光光谱获取激子参数，包括激子能级、k_IRC、k_RISC、k_R、k_NR 等
电子参数：
- 电化学方法等获取 HOMO、LUMO 能级
- 通过 AMS 软件进行精确 GW 方法计算得到 HOMO-LUMO 能级、激子能级、载流子迁移率、ISC、rISC等参数
通过实验得到的 J-V、EQE-J 滚降曲线逆向拟合，对实验得到的电子、激子参数进行调优