基于界面修饰实现高效率聚合物电致发光的研究

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有机电致发光器件(Organic light-emitting devices,OLEDs)由于其具备主动发光、轻、薄、宽视角和可弯曲等优点,很好的规避了传统显示技术的低亮度、工艺复杂的不足,为新一代显示技术的发展提供了长足的动力。其中,聚合物电致发光器件(Polymer light-emitting devices,PLEDs)更有着制备工艺简单、原料来源广泛易得、价格低廉和利于大面积显示等优点,近年来得到了快速的发展。但由于制备PLEDs所使用的阴极材料,如低功函数金属、碱金属或碱土金属氟化物等对空气中的水氧敏感,易导致器件失效,因此,PLEDs的发展仍面临着效率低、寿命短的问题。研究者曾经通过使用各种电子注入材料来改善这一问题,但是,大多数电子注入材料价格昂贵,且合成工艺十分复杂。因此,急需开发简单有效的提高PLEDs电子注入的方法。本文主要是通过修饰PLEDs器件的阴极界面,改善电子注入,来提高器件中电子和空穴电流的平衡,从而实现高效率的PLEDs。本论文的研究内容主要分为以下几个方面:(1)极性溶剂修饰发光层以实现高效率的、以高功函数金属为阴极的PLEDs;高功函数金属阴极Al的费米能级与发光层材料SY-PPV的LUMO能级之间存在较大的能级差,电子注入势垒较高,器件的发光效率低。采用乙腈:甲醇的混合溶剂修饰发光层界面后,可大幅度提高器件的性能。而且器件的性能依赖于乙腈和甲醇的比例,当二者的体积比为1:9时,器件的电流效率从未经修饰器件的2.79 cd/A提高到了6.89 cd/A,提高了147.0%。极性溶剂的修饰,降低了阴极的电子注入势垒,提高了电子的注入,从而提高了器件的效率。(2)采用甲醇蒸汽后处理,实现对PLEDs器件发光效率的大幅度提升。甲醇处理时,甲醇可渗透进入器件,进入阴极界面的甲醇可降低电子的注入势垒,从而提高电子电流;位于阳极界面的甲醇,可减少空穴的注入,从而实现电子和空穴电流的平衡。器件的发光效率依赖于甲醇蒸汽处理的条件,我们固定甲醇蒸汽处理的时间,改变其用量,来优化甲醇蒸汽处理的条件。使用60μL甲醇处理24小时后,器件的发光效率最优。和未经处理的器件相比,电流效率由9.96 cd/A提高到24.46 cd/A,提升了145.6%。(3)基于双层碱金属卤化物作为电子注入层实现高效率PLEDs的机理研究。采用NaCl和LiF双层的电子注入层代替LiF后,电流效率从5.46 cd/A增加至21.04 cd/A,提高了286%。为了研究双层碱金属卤化物电子注入层提升器件性能的工作机理,我们同时制备了分别以KBr/LiF和CsF/LiF为电子注入层的PLEDs器件。实验结果表明,此双层电子注入层的使用,提高了阴极电子的注入效率,降低了器件的启亮电压,从而大幅度提高了电子的电流。究其原因,是碱金属阳离子在器件的内建电场的作用下发生了指向阳极的迁移,造成了对发光层的掺杂,同时有可能影响了阳极一侧的功函数,因此提高了电子的注入。
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