论文部分内容阅读
近两年,随着消费升级和5G网络的飞速发展,终端显示技术也朝着超高分辨率、柔性、轻薄美观、低成本方向发展。柔性透明导电电极是制备柔性光电器件的关键组成部分。金属纳米线、金属纳米格子、聚（3,4-亚乙二氧基噻吩）:聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）、碳纳米管、石墨烯等多种柔性透明导电电极材料,被广泛研究用以替代传统的氧化铟锡（ITO）刚性电极。其中PEDOT:PSS由于优异的溶液加工性、生物相容性、导电性可调等优点在柔性可穿戴器件、柔性光电器件中得到广泛应用。但是原始的PEDOT:PSS电导率较低（0.1～1 S/cm）,呈现强酸性（p H≈0.55）,将严重影响柔性光电器件效率的进一步提升和稳定性持续改善。所以提高PEDOT:PSS电导率的同时缓解PEDOT:PSS的强酸性,对其在柔性光电器件的推广应用至关重要。针对以上问题,本论文提出有机弱酸盐改性PEDOT:PSS的新方法,在提高电导率的同时,调节PEDOT:PSS溶液的p H,并同时实现了对功函数的调控。通过对系列有机弱酸盐改性PEDOT:PSS的研究,提出了有机弱酸盐改性PEDOT:PSS形成弱酸,诱导PEDOT和PSS相分离形成导电性更强的醌型结构的机理,并成功制备高效柔性OLEDs。具体研究内容如下:（1）3-甲基水杨酸钠改性制备高电导率稳定PEDOT:PSS电极。由于传统PEDOT:PSS的改性剂大多为强酸性或高沸点溶剂,稳定性差、后处理工艺复杂且难以完全去除。我们选择3-甲基水杨酸钠（Na-Me Sal）固体粉末进行直接掺杂,无需在后处理过程中去除,并且能调节PEDOT:PSS水溶液的p H。Na-Me Sal改性后PEDOT:PSS电导率由最原始的0.09 S/cm提高到了504 S/cm,同时溶液的p H由原始的0.55提高到了3.18。原始的PEDOT:PSS电极在空气中放置30天后,方块电阻升高到了初始的三倍。而Na-Me Sal改性的PEDOT:PSS电极在空气中放置70天后,方块电阻基本保持不变。基于Na-Me Sal改性的PEDOT:PSS电极制备的柔性OLED器件性能（88.6 cd/A和42.8 lm/W）是传统DMSO改性器件性能（41.5 cd/A和18.2 lm/W）的两倍,同时Na-Me Sal改性后的器件稳定性和耐弯折性能也得到显著改善。（2）苯甲酸盐阳离子对改性PEDOT:PSS效果差异的机理研究。首先研究了不同苯甲酸盐阳离子对改性PEDOT:PSS电导率的影响,发现原始PEDOT:PSS、H+、Na+、K+改性的PEDOT:PSS电导率分别为0.09 S/cm、0.13 S/cm、212.0 S/cm、146.5 S/cm,半径较小的Na+改性效果要明显高于K+。后续通过XPS,Raman,AFM表征结果提出改性机理,金属阳离子与酸性PSS-H产生氢键相互作用,破坏了PEDOT和PSS链段之间的相互作用,PEDOT和PSS相分离,形成酸性较弱的有机酸,PEDOT链段形成导电性更强的醌型结构。阴离子相同时,同主族元素金属阳离子电离程度越高,半径越小,屏蔽常数越小,对PEDOT:PSS电导率提高效果越明显。基于Na+、K+改性的PEDOT:PSS电极制备了柔性OLED,电流效率分别为91.2 cd/A、76.8 cd/A,功率效率分别为52.1 lm/W、37.1 lm/W,相较于传统DMSO改性的器件性能（54.9 cd/A和28.7 lm/W）约提高了两倍。（3）苯甲酸银协同改性PEDOT:PSS电极及机理研究。第一部分和第二部分工作中改性PEDOT:PSS电极的电导率仍然较低的问题,本部分工作提出使用苯甲酸银改性的PEDOT:PSS的方法。首先研究了不同浓度苯甲酸银对改性PEDOT:PSS电导率的影响,研究发现当苯甲酸银浓度为10 mg/m L时,改性PEDOT:PSS的电导率提高至551.5 S/cm。较高浓度的苯甲酸银会析出聚集,导致PEDOT:PSS薄膜粗糙度提高,无法应用于光电器件制备。与以上Na+、K+不同的是部分Ag+还与PEDOT:PSS发生了氧化还原反应,形成可导电的银纳米颗粒对PEDOT:PSS薄膜有掺杂效果,助力PEDOT:PSS导电性的进一步提升。最终基于苯甲酸银改性的PEDOT:PSS电极制备了柔性OLEDs,发光效率达到76.7 cd/A和37.1 lm/W。本论文提出了有机弱酸盐改性PEDOT:PSS的新方法,首先用3-甲基水杨酸钠改性PEDOT:PSS,在提高电导率的同时有效缓解了PEDOT:PSS溶液的强酸性,使得OLED的器件性能和稳定性都得到明显提升。进一步系统对比研究了不同阳离子改性PEDOT:PSS的效果后,提出金属阳离子促进PEDOT和PSS相分离与弱酸生成,PEDOT向醌型结构转变提高导电性的机理。在此基础上,提出苯甲酸银的协同改性方法进一步提高PEDOT:PSS电导率。这些研究为改性PEDOT:PSS电导率和缓解酸性提供了新思路,为推广PEDOT:PSS电极在高效稳定柔性光电器件中的应用助力。