有机与钙钛矿发光二极管的界面调控研究

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有机发光二极管(Organic light-emitting diodes,OLEDs)凭借自身自发光、响应快、超薄、可柔性等优势,已经在面板显示和固态照明领域成功实现产业化。近年来,由金属卤化物钙钛矿材料作为发光层的钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diode,Pe LED)引起了科学界极大的关注。这两类发光二极管均是多层结构的薄膜器件,界面性质成为制约器件性能的关键。因此,界面调控成为了提高器件性能的有效手段。由于绝大部分聚合物发光材料的LUMO能级较高,导致聚合物发光层/阴极的界面之间存在较大势垒,使电子注入困难。为了降低电子注入势垒,我们在SY-PPV发光层/金属Al阴极之间引入乙醇胺溶剂进行界面修饰,制备出高效的黄光有机发光器件。相较于未修饰的发光器件,经过乙醇胺修饰的器件性能大幅地提升,最大电流效率从2.31cd/A提高至9.41 cd/A,器件电流效率提升了3.07倍。我们发现在利用乙醇胺溶剂进行界面修饰可以引入比较弱的界面偶极,降低了电子注入势垒;此外,乙醇胺溶剂可能会渗透发光层对底下的空穴传输层PEDOT:PSS产生影响,推测可能一定程度上抑制空穴的注入,有利于电子、空穴载流子的平衡,从而提高器件的性能。另外,在钙钛矿上面进行乙醇胺表面处理也可能具有一定的指导意义。一方面,带胺基的小分子处理钙钛矿时,极有可能起到表面钝化的作用;另一方面,钙钛矿表面可能形成二维钙钛矿,有利于提高激子束缚能。我们通过对空穴传输层PEDOT:PSS 4083掺醇溶剂的改性方式制备出了高效的绿光钙钛矿发光二极管。相较于未处理的钙钛矿发光器件,其器件性能得到较大的提升,将电流效率提高了2.65倍,EQE提高了2.9倍,最终制备的最佳器件的电流效率为33.8cd/A,EQE为8.368%。器件性能提升的可能原因是:(1)空穴注入特性的改善。对PEDOT:PSS 4083掺醇溶剂处理可以部分移除具有绝缘性的PSS,从而帮助空穴注入;另一方面,经过处理的PEDOT:PSS 4083的功函数提高,使空穴传输层与钙钛矿发光层之间的能级更加匹配;(2)钙钛矿薄膜形貌与结晶质量的改善。在经过处理PEDOT:PSS衬底上沉积的钙钛矿薄膜表面覆盖率更好,晶粒尺寸更小,且致密无针孔;(3)钙钛矿薄膜光学特性的改善。我们发现PEDOT处理前后的钙钛矿可能从三维向准二维结构转变,引起量子限制效应,激子束缚能提高,促进辐射复合,减少激子淬灭,从而提高器件性能。
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