基于柔性塑料基底OLED阵列化技术及有机光伏器件研究

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在现今的平板显示器和新能源领域,柔性光电子器件以其显著的特点得到众多公司、科研院所和高校的广泛重视和深入研究,作为光电转换互逆的两个过程的器件,主要以柔性有机电致发光器件(flexible organic light-emitting devices, FOLED)和柔性有机薄膜光伏器件(organic thin-film photovoltaic devices, FOPVD)为代表。柔性OLED,在信息显示技术领域上属于新崛起的器件种类,被誉为“梦幻显示器”、“第三代显示技术”,而FOPVD作为新能源器件的一种,因其制备技术先进、性能优越、成本低廉、用途广泛而备受关注。但是,有待提高的器件效率、稳定性的不足、阵列化制备工艺的复杂性、原材料缺乏及产业链的不够完善,大大影响了柔性有机光电器件的研发进程。针对上述问题,本论文在柔性OLED的光电性能改善、阵列化技术、制备工艺和FOPVD效率等方面进行了一系列的探索性和创新性的研究工作,具体包括:1.采用在柔性PEN塑料基底和ITO导电薄膜之间引入致密缓冲层的方法,改善基底的致密性和平整性,进而提高基底与导电薄膜间的贴附性。采用低温直流磁控溅射技术,在制备有缓冲层的PEN塑料基底上溅射透明导电ITO薄膜,完成FOLED的阳极工艺制备。在基底温度为70℃、溅射功率为200 W、靶基距离为40 cm、溅射气压为1 mTorr、水分压为2×10-5 Torr条件下,得到透明ITO导电薄膜的方块电阻为29.2Ω/sq,透过率为85.1 %。2.研究了基于单色FOLED原理性器件的结构、功能层、激子发光、客体掺杂机理和光电性能。分别制备了R、G、B单色FOLED器件样品,其中绿色FOLED器件,最高亮度为16900 cd/m2,在工作电压3.3 V时,最大功率效率为7.59 lm/W,从无磷光材料掺杂到掺杂浓度为4 %时,亮度增加了45.7 %,发光效率提高了50.2 %,功率效率提高了109.6 %;红色FOLED在测试时,最高亮度为8400 cd/m2,在工作电压3.9 V时,最大功率效率为3.02 lm/W,发光效率最大值为3.75 cd/A。器件发光的色坐标由橙红色向红色漂移,当掺杂浓度为10%时,器件的CIE为x=0.66,y=0.33,发光区域处于纯正红光区;蓝色FOLED在测试时,最高亮度为7500 cd/m2,在工作电压3.5 V时,最大功率效率为:1.87 lm/W,发光效率最大值为:2.09 cd/A,器件从零掺杂到掺杂浓度为6 %时,亮度增加的了23.2 %,发光效率提高了60.7 %,功率效率提高了70.1 %。3.研究了4英寸三基色FOLED阵列化的相关技术,讨论了FOLED显示屏的彩色化方案、详细论述了显示屏的阵列化设计方案与制备工艺、器件的结构设计与制备工艺、评价参数与测试等。论文阐述了柔性基底的清洗工艺、预处理技术、器件光掩膜的设计、机械掩膜设计、NiCr层图案设计、ITO层图案设计、绝缘层图案设计、阴极隔离柱设计与制备、有机材料功能层真空热蒸镀技术、金属阴极的蒸镀技术、薄膜封装技术等相关工艺,完成了4英寸三基色FOLED显示屏整体设计、工艺方案和样品制备,提出了柔性显示屏的技术参数评价体系并进行相关参数的测试。4.基于聚合物材料P3HT研究FOPVD的光电性能,一方面将金属氧化物MoO3应用到双异质结FOPVD器件中,另一方面在体异质结器件引入缓冲层,结构为:ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Bphen/Ag的体异质结器件,转换效率达到3.30 %,比没有缓冲层结构的器件提高了两个数量级;针对单异质结柔性有机薄膜光伏器件开路电压较低的问题,其一是设计具有中间层的中间异质结器件,其二是使用高开路电压材料SubPc为供电子体,以提高柔性光伏器件的开路电压,结构为ITO/SubPc (20 nm)/C60 (40 nm)/BPhen (10 nm)/Ag (130 nm)的器件的开路电压达到0.87 V,在制备的一系列器件中为最佳。5.利用混合薄膜叠层方法对柔性器件进行薄膜封装,在初始亮度为10000 cd/m2的,电压9 V时,完成器件加速寿命测试,经测试五种薄膜封装结构的数值分别为:897小时、1495小时、2093小时、2830小时和2890小时。单层的有机薄膜(单体)1与单层的无机薄膜(Al2O31的封装效果比较,柔性器件的半衰寿命提高了66.7 %;与(单体+Al2O31与(单体)1的封装效果比较,寿命提高了39.8 %; (单体+Al2O32与(单体+Al2O31的封装效果比较,寿命进一步提高,改善了35.1 %; (单体+Al2O33与(单体+Al2O32的封装效果比较,寿命基本一致,仅提高了2.1 %。综上所述,本论文的工作将主要集中在柔性基底的选取与缓冲层引入的影响、基于柔性塑料基底的R、G、B三基色OLED原理性器件的光电性能参数优化、柔性4英寸OLED器件的阵列化技术研究、样品的制备;同时,对FOPVD光电性能研究及薄膜封装技术也进行了有益的探索,为高性能柔性光电器件的研制和应用打下了基础。
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