導(dǎo)電聚合物-金屬氧化物電荷產(chǎn)生層的制備與電荷產(chǎn)生機(jī)理的研究.pdf

1、由于有機(jī)電致發(fā)光器件（Organic Light-Emitting Diodes，OLEDs）為電流驅(qū)動型器件，所以器件發(fā)光亮度是由器件驅(qū)動電流決定的。因此，為了獲得較高的發(fā)光亮度就需要大的驅(qū)動電流，但是高電流驅(qū)動會很大程度地降低器件壽命。為了克服這一問題， Kido教授提出了級聯(lián)有機(jī)電致發(fā)光器件（ Tandem Organic Light-Emitting Diodes，TOLEDs）的概念。TOLEDs是將兩個(gè)或者兩個(gè)以上的發(fā)光單元

2、通過電荷產(chǎn)生層（Charge Generation Layer，CGL）連接起來而得到的發(fā)光器件。在TOLEDs中，CGL產(chǎn)生的電荷可以注入到相鄰發(fā)光單元中，所以在注入一對電子-空穴對時(shí)就能夠產(chǎn)生多對光子，極大地提高了器件的外量子效率。這樣， TOLEDs可以在一個(gè)相對較低的電流下獲得較高的亮度，器件的發(fā)光效率和壽命都得到了顯著的提升。目前，主要采用真空熱蒸發(fā)方法來制備TOLEDs，存在著浪費(fèi)材料、器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜和較難制備大面積器件等問題

3、，而采用溶液加工制備方法能夠較好地克服上述問題。至今，報(bào)道的溶液加工 TOLEDs研究主要針對器件發(fā)光效率的提升，對電荷產(chǎn)生層的制備特別是對電荷產(chǎn)生機(jī)理的研究較少。本論文研究了以聚乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸鹽)（PEDOT:PSS）/氧化鋅（ZnO）作為電荷產(chǎn)生層，包含兩個(gè)和三個(gè)聚合物發(fā)光單元的可溶液加工倒置結(jié)構(gòu)級聯(lián)發(fā)光器件的特性，進(jìn)一步分析了 PEDOT:PSS/ZnO CGL的電荷產(chǎn)生機(jī)理，主要包括以下內(nèi)容：
　?。?）研究

4、了PEDOT:PSS/ZnO CGL中PEDOT:PSS的表面形貌，電導(dǎo)率和厚度對子單元器件發(fā)光特性的影響。通過原子力顯微鏡分析了在發(fā)光層SY-PPV上制備的PEDOT:PSS層的表面形貌，發(fā)現(xiàn)了PEDOT:PSS薄膜平整、均勻，RMS粗糙度為1.7 nm。為了探究PEDOT:PSS電導(dǎo)對器件特性的影響，采用了電導(dǎo)相差很大的PVP AI4083和PH-1000 PEDOT:PSS來制備以PEDOT:PSS/Al和CGL/Al作為空穴注入

5、電極的器件。PVP AI4083 PEDOT:PSS器件的發(fā)光效率（5.7 cd/A）高于PH-1000 PEDOT:PSS器件的發(fā)光效率（2.3 cd/A），可能的原因是 PH-1000 PEDOT:PSS具有比 PVP AI4083更強(qiáng)的發(fā)光猝滅作用。在此基礎(chǔ)之上，研究了PEDOT:PSS厚度對采用CGL/Al作為空穴注入電極器件特性的影響。PEDOT:PSS厚度為30和60 nm的器件的發(fā)光效率為5.7 cd/A，而無PEDOT:

6、PSS層器件的發(fā)光效率僅為0.001 cd/A，表明PEDOT:PSS層在CGL電荷產(chǎn)生和注入過程中起到關(guān)鍵作用。
　?。?）研究了PEDOT:PSS/ZnO CGL中ZnO的表面形貌，制備方法和厚度對器件發(fā)光特性的影響。通過原子力顯微鏡研究了在 SY-PPV/PEDOT:PSS層上制備的ZnO薄膜的表面形貌，發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜表面平整、均勻、無針孔，RMS粗糙度為2 nm。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜制備過程中使用的穩(wěn)定劑乙醇胺對PEDOT

7、:PSS層的空穴注入能力產(chǎn)生較大的影響，其原因是由于乙醇胺能夠n型摻雜PEDOT:PSS，導(dǎo)致其功函數(shù)降低。研究了ZnO層厚度對采用ITO/CGL作為電子注入電極器件特性的影響。ZnO層厚度為10和30 nm的器件的發(fā)光效率為2.3-2.5 cd/A,而在ZnO厚度為0 nm時(shí)，器件無明顯發(fā)光，表明了ZnO在CGL電荷產(chǎn)生和注入過程中起到不可或缺的作用。
　?。?）通過溶液加工的方法制備了包含兩個(gè)發(fā)光單元的TOLEDs，發(fā)現(xiàn)TOL

8、EDs的驅(qū)動電壓、電致發(fā)光光譜和發(fā)光效率都近似等于發(fā)光子單元器件的疊加，表明了 CGL能夠有效地產(chǎn)生電荷并將其注入到發(fā)光單元中。以 PEDOT:PSS/ZnO和V2O5/PEDOT:PSS/ZnO作為CGL的級聯(lián)發(fā)光器件具有相似的光電特性，其原因是由于PEDOT:PSS和V2O5的空穴注入能力相近。這樣，采用PEDOT:PSS/ZnO作為CGL，在保持器件發(fā)光效率不變的前提下簡化了CGL的結(jié)構(gòu)。我們首次通過溶液加工方法制備了包含三個(gè)聚合

9、物發(fā)光單元的 TOLEDs，器件的最大外量子效率為6.6％，器件的驅(qū)動電壓、發(fā)光效率和電致發(fā)光光譜近似的等于發(fā)光子單元器件相應(yīng)特性的疊加，說明 PEDOT:PSS/ZnO CGL具有較好的魯棒性，器件的性能并沒有隨著發(fā)光單元數(shù)目的增加而降低。
　　（4）通過測量PEDOT:PSS/ZnO CGL的I-V和C-V特性以及對不同溫度下的I-V特性進(jìn)行模擬，分析了CGL的電荷產(chǎn)生機(jī)理。CGL的I-V特性測量結(jié)果表明，
　　只有連接

10、層為PEDOT:PSS/ZnO時(shí)，使用阻擋型注入電極的器件在反向偏壓下才存在顯著的電流，而在其他情況下器件的電流均很小，說明了電荷產(chǎn)生于PEDOT:PSS/ZnO界面。添加和未添加聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(4,4'-(N-(4-正丁基)苯基)-二苯胺)]（TFB）層的PEDOT:PSS/ZnO的雙絕緣層器件具有基本相同的 C-V特性，說明了 TFB/PEDOT:PSS界面對電荷產(chǎn)生無明顯貢獻(xiàn)。進(jìn)一步通過 Ri

11、chardson-Schottky熱電子發(fā)射模型對電荷產(chǎn)生和注入過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明電荷產(chǎn)生需要克服的勢壘高度為0.73 eV，這近似等于 PEDOT:PSS的HOMO能級到ZnO導(dǎo)帶底的能級差（0.8 eV），強(qiáng)有力地支持了電荷主要產(chǎn)生于PEDOT:PSS/ZnO界面。這樣， PEDOT:PSS/ZnO CGL的電荷產(chǎn)生機(jī)理可以歸結(jié)為在電場作用下，電子從PEDOT:PSS的HOMO能級熱跳躍到ZnO的導(dǎo)帶進(jìn)而注入到頂層發(fā)光單元中，