有機(jī)電致發(fā)光器件的載流子調(diào)控與性能研究.pdf

1、有機(jī)電致發(fā)光器件(organic light-emitting diodes，OLEDs)，具有材料來源廣、全固態(tài)主動(dòng)發(fā)光、效率高、柔性超薄、大面積和多功能應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，迅速成為信息顯示領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，正在逐步實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。近些年，隨著新的材料、結(jié)構(gòu)和工藝的快速發(fā)展以及發(fā)光機(jī)理的深入研究，OLEDs基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步。然而目前OLEDs仍然存在著器件效率、穩(wěn)定性、良品率和成本等方面的問題，需要繼續(xù)以基礎(chǔ)研究為突破

2、點(diǎn)，在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化上開展工作，深入研究器件內(nèi)部載流子調(diào)控對(duì)器件性能的影響。針對(duì)上述OLEDs中存在的問題，本文采用載流子調(diào)控方法改善雙發(fā)光層OLEDs內(nèi)載流子的平衡；采用具有雙極特性的熒光材料作為載流子調(diào)控和發(fā)光層制備白光有機(jī)電致發(fā)光器件(WOLEDs)；研究有機(jī)體異質(zhì)結(jié)電荷產(chǎn)生層對(duì)提高串聯(lián)OLEDs器件性能的作用機(jī)理；將載流子調(diào)控運(yùn)用到倒置型聚合物太陽能電池(Inverted polymer solar cells，IPSCs)

3、中，制備基于ZnO陰極修飾層的高性能器件。同時(shí)，分析討論載流子調(diào)控的機(jī)理，研究載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響，以此促進(jìn)OLEDs的商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。主要的研究內(nèi)容包括：
　　1、研究載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)對(duì)磷光OLEDs器件性能的影響及作用機(jī)理
　　采用空穴傳輸材料N,N′-bis(naphthalen-1-yl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine(NPB)作為空穴傳輸層和第一發(fā)光層主體，雙極性材料4,4’-bis

4、(carbazol-9-yl)biphenyl(CBP)作為第二發(fā)光層主體，橙色磷光染料bis[2-(4-tert-butylphenyl)-benzothiazolato-N,C2]iridium(acetylacetonate)(t-bt)2Ir(acac)作為客體，制備具有雙發(fā)光層結(jié)構(gòu)的磷光OLEDs(phosphorescent OLEDs，PhOLEDs)，討論載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)對(duì)載流子平衡和載流子復(fù)合區(qū)域拓展的影響及作用機(jī)制。研

5、究發(fā)現(xiàn)，采用優(yōu)化的雙發(fā)光層器件的啟亮電壓是3.3V，最大發(fā)光亮度為30898cd/m2，相比單發(fā)光層器件，啟亮電壓降低了36.5％，亮度增加了174%。同時(shí)，雙發(fā)光層器件的功率效率顯著提升，效率滾降得到了明顯的抑制。載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)的主要作用是消除空穴傳輸層到第一發(fā)光層主體的最高占有分子軌道(highest occupied molecular orbital，HOMO)能級(jí)勢(shì)壘被消除，減少界面載流子的累積；增加電子和空穴的傳輸通道，實(shí)現(xiàn)

6、了器件內(nèi)載流子的平衡；拓展載流子復(fù)合區(qū)域，提高了載流子的利用率，實(shí)現(xiàn)高效發(fā)光和提升器件穩(wěn)定性。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)采用具有不同載流子傳輸能力的間隔層Alq3、TAPC、CBP和mCP分別制備了白光PhOLEDs，并研究了間隔層對(duì)器件性能的影響以及對(duì)器件內(nèi)載流子輸運(yùn)和能量轉(zhuǎn)移的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)基于Alq3間隔層的器件獲得了最低的啟亮電壓6.2 V，最優(yōu)的白光CIE色坐標(biāo)(0.35，0.34)。
　　2、研究載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)對(duì)WOLEDs器件性

7、能和光譜特性的影響
　　采用雙極性綠色熒光材料2-{4-[bis(9,9-dimethylfluorenyl)amino]plenyl}-5-(dimesityl boryl)thiophene(FlAMB-1T)作為載流子調(diào)控層和綠色發(fā)光層，結(jié)合3-(dicyanomethylene)-5,5-dimethyl-1-(4-dimethylamino-styryl)cyclohexene(DCDDC)紅光超薄層和4,4′-bis(

8、2,2′-diphenyvinyl)-1,1′-dipenyl(DPVBi)藍(lán)光層，制備了非摻雜的三原色WOLEDs，討論了FlAMB-1T雙極性發(fā)光層的厚度對(duì)器件性能和載流子復(fù)合核心區(qū)域的影響。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)lAMB-1T厚度從3nm增加到15nm時(shí)，器件亮度和最大功率效率顯著提升218%和330%。F1AMB-1T載流子調(diào)控層的主要作用是通過其電子和空穴的雙極傳輸特性，有效的實(shí)現(xiàn)白光器件內(nèi)的載流子傳輸平衡；構(gòu)建FlAMB-1T/DCD

9、DC/FlAMB-1T載流子陷阱結(jié)構(gòu)，采用直接載流子捕獲的方式實(shí)現(xiàn) DCDDC紅光發(fā)射，從而調(diào)控載流子的復(fù)合中心，實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。當(dāng)FlAMB-1T為10nm時(shí)，獲得Commission Internationale DeL'Eclairage(CIE)坐標(biāo)為(0.33,0.36)的WOLEDs。不同電壓驅(qū)動(dòng)下，最優(yōu)化的WOLEDs載流子復(fù)合中心位置始終被限制在三個(gè)穩(wěn)定的區(qū)域，這說明 FlAMB-1T載流子調(diào)控層可以有效的控制激子形成區(qū)域

10、。
　　3、研究有機(jī)電荷產(chǎn)生層的性能對(duì)串聯(lián)OLEDs性能的影響
　　采用boron subphthalocyanine chloride(SubPc):fullerene(C60)和cobalt(II) phthalocyanine(CoPc):C60兩種有機(jī)體異質(zhì)結(jié)電荷產(chǎn)生層，分別制備了高性能的串聯(lián)OLEDs，研究了電荷產(chǎn)生層載流子調(diào)控能力的優(yōu)化對(duì)串聯(lián)器件性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，電荷產(chǎn)生層的優(yōu)化可以改善有機(jī)體異質(zhì)結(jié)界面，增加

11、界面偶極子數(shù)量，提升電荷產(chǎn)生層的電荷產(chǎn)生能力；增加載流子傳輸通道，提升電荷產(chǎn)生層的載流子傳輸能力，促進(jìn)器件內(nèi)載流子的平衡傳輸，從而改善器件的性能。通過上述研究，優(yōu)化電荷產(chǎn)生層中給體SubPc和CoPc的含量，獲得了最大電流效率分別為63.6 cd/A和50.2 cd/A串聯(lián)OLEDs。
　　4、研究低溫?zé)嵬嘶餤nO陰極修飾層對(duì)倒置型PSCs性能的影響
　　采用低溫?zé)嵬嘶鸸に囍苽溲趸\(zinc oxide，ZnO)陰極修飾層

12、，研究 ZnO的光電特性對(duì)IPSCs載流子調(diào)控和器件性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，真空動(dòng)態(tài)退火工藝可以改善ZnO薄膜的表面形貌，顯著降低的薄膜表面粗糙度這主要?dú)w因于熱流的分布情況、溶劑的揮發(fā)過程和ZnO前驅(qū)體的熱分解過程。采用真空動(dòng)態(tài)退火ZnO的倒置型器件的能量轉(zhuǎn)換效率(power-conversionefficiency，PCE)為4.01%，相比原位退火ZnO的器件性能提升了15.8%，。真空動(dòng)態(tài)退火ZnO的作用是降低ITO/活性層之間的接