電子的注入與傳輸對有機(jī)光電子器件性能的影響.pdf

1、隨著有機(jī)半導(dǎo)體材料和薄膜光電子學(xué)的發(fā)展，被稱為“塑料電子學(xué)”的有機(jī)光電子學(xué)在近二十年引起了廣泛關(guān)注。有機(jī)光電子器件具備易實(shí)現(xiàn)大面積低成本生產(chǎn)、制備工藝簡單、材料選擇范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，因此在平板照明、射頻標(biāo)簽和電子紙等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，作為有機(jī)光電子器件重要組成部分的有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)太陽能電池和有機(jī)場效應(yīng)晶體管均取得了很大的發(fā)展。載流子的注入和傳輸對有機(jī)光電子器件的器件性能起著重要的影響，低載流子濃度和低遷移率的有機(jī)半導(dǎo)體材料將會

2、阻礙器件效率的提高。本論文以有機(jī)電致發(fā)光器件、有機(jī)太陽能電池和有機(jī)場效應(yīng)晶體管為研究對象，主要研究了有機(jī)光電子器件中載流子尤其是電子的注入和傳輸問題，通過電子注入層進(jìn)行優(yōu)化，提升器件的性能和穩(wěn)定性。論文主要的研究工作包括以下幾個方面：
　　1．研究不同電子傳輸材料對有機(jī)電致發(fā)光器件(Organic light-emitting diode,OLED)器件性能的影響，采用藍(lán)色磷光染料bis[(4,6-difluorophenyl)-

3、pyridinato-N,C2’](FIrpic)和黃色磷光染料為bis[2-(4-tertbutylphenyl) benzothiazolato-N,C2’] iridium(acetylacetonate)[(t-bt)2Ir(acac)]為發(fā)光層的客體材料，選用給體材料1,1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane(TAPC)為FIrpic的主體材料，選用受體材料tri[3-(3-pyri

4、dyl)-mesityl]borane(3TPYMB)為(t-bt)2Ir(acac)的主體材料，并且分別采用不同的電子傳輸層材料bathophenanthroline(Bphen)和1,3,5-tris(2-N-phenylbenzimidazo-lyl)benzene(TPBi)制備了不同結(jié)構(gòu)的雙發(fā)光層的白光 OLED器件。結(jié)果表明，采用具有較高電子親和勢和高電子遷移率的Bphen作為電子傳輸層材料，器件可以獲得更高的光電性能。此外

5、，通過在器件的雙發(fā)光層之間增加一個薄層的空穴傳輸層或電子傳輸層，作為間隔層，研究其對器件載流子傳輸和器件性能的影響。研究結(jié)果表明，該薄層的加入可以降低傳輸?shù)桨l(fā)光層的多子（空穴或電子），從而提高器件中電子-空穴傳輸平衡，降低器件性能的衰減。結(jié)合器件的能級結(jié)構(gòu)，對不同發(fā)光器件的內(nèi)部發(fā)光機(jī)理和載流子傳輸特性進(jìn)行了分析。
　　2．研究了 DCJTB的摻雜對以 CuPc作為給體材料的有機(jī)太陽能電池性能的影響，具體包括對器件的光吸收，激子的產(chǎn)

6、生和載流子的傳輸?shù)挠绊?，有機(jī)薄膜光伏電池的效率。文中采用CuPc作為給體材料，C60作為受體材料，Bphen作為陰極緩沖層。為了研究不同摻雜濃度對有機(jī)太陽能電池性能的影響，制備了七種不同摻雜濃度的器件。器件結(jié)構(gòu)為ITO/CuPc:DCJTB(Y％)(20 nm)/ C60(40 nm)/Bphen(2.5 nm)/Ag(100 nm)，其中Y是DCJTB摻雜到CuPc有機(jī)層中的濃度。實(shí)驗(yàn)中，摻雜比例是通過DCJTB和CuPc不同的蒸鍍速

7、率來控制的。研究結(jié)果表明，DCJTB的摻雜可以拓寬器件的吸收光譜，但由于 DCJTB的載流子遷移率較低，器件性能有所降低。但是這并不能完全否定通過摻雜方法提高器件的光吸收效率進(jìn)而提高器件性能的可行性。若采用其它遷移率較高的材料進(jìn)行摻雜，則可做到不影響載流子傳輸，增強(qiáng)器件的光吸收效率，最終提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　3．研究了不同陰極修飾材料Cs2CO3、石墨烯(graphene)：Cs2CO3混合材料和ZnO納米顆粒對基于 Su

8、bPc/C60倒置結(jié)構(gòu)有機(jī)太陽能電池性能的影響。研究結(jié)果表明，引入適當(dāng)厚度的陰極修飾層，可以提高器件的性能和穩(wěn)定性。其中，基于Cs2CO3以及graphene: Cs2CO3混合陰極修飾層的器件，能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)提高了2倍；采用 ZnO納米顆粒作為陰極修飾層的器件，開路電壓(VOC)達(dá)到0.89 V，能量轉(zhuǎn)換效率提高了4倍多。此外，電極修飾材料和倒置結(jié)構(gòu)的引入可以有效防止器件串聯(lián)電阻的升高，并且提高器件的穩(wěn)定性。
　　4．研

9、究了采用三種有機(jī)電子傳輸材料TPBi、bathocuproine(BCP)和Bphen作為緩沖層，對基于C60的N型Organic field-effect transistor(OFET)性能的影響。研究了有機(jī)電子傳輸材料緩沖層的引入對器件的飽和電流、載流子遷移率、閾值電壓與開關(guān)電流比等性能參數(shù)的影響。同時，對不同有機(jī)電子傳輸材料作為緩沖層的最佳厚度進(jìn)行了優(yōu)化，研究結(jié)果表明，TPBi的最佳優(yōu)化厚度為5 nm， BCP與Bphen的最佳