溶液加工型有机电致发光二极管中的界面研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gengyunshe
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溶液加工型有机电致发光二极管技术在制备价格廉价、大面积、可挠式和柔性显示和照明器件领域表现出了巨大的优势和潜力。然而与已经成功商业化的真空蒸镀有机电致发光二极管技术相比,基于湿法加工工艺的OLEDs器件的综合性能低下。究其原因,构筑如真空蒸镀型OLEDs器件那样具有清晰界面的多功能层器件结构对于溶液加工工艺来说是一个巨大的挑战。一般的OLEDs功能材料在有机溶剂中具有相似的溶解性,在构筑多层结构器件的过程中,上层功能层所使用的溶剂往往会溶解并破坏掉下层功能层而导致器件制备的失败。此外,目前溶液加工型OLEDs器件中通用的空穴注入材料是PEDOT:PSS,但其本身存在很多公认的缺陷。因此,为了构筑多层溶液加工型器件结构和避免PEDOT:PSS的缺陷,很多科研工作者提出了各种策略开展溶液加工型OLEDs器件中的界面工程。但是这些界面工程往往需要长时间的高温处理、高能射线辐照、复杂的化学结构改性和冗繁的溶剂筛选过程,无形中增加了器件制备工艺的复杂性。本论文一方面旨在借助于我们课题组发展的电化学氧化聚合的方法,选用具有电化学活性的合适宽带隙材料,在PEDOT:PSS表面原位沉积具有交联结构的界面层,进一步构筑具有多层结构的溶液加工型OLEDs器件,调控器件的光学性能和电学性能。另一方面,为了避免使用PEDOT:PSS,我们基于红光材料PBI-H掺杂ZnO的复合阴极界面ZnO:PBI-H,构筑并获得了性能较佳的倒置型PLEDs器件。首先,我们利用四咔唑基团功能化的双极性蓝光材料TCPC做为单体,通过多圈循环伏安法,在电化学性能稳定的ITO/PEDOT:PSS基底上原位沉积一层表面形貌平滑的、厚度可控的、且耐溶剂的电化学交联界面层ECP-TCPC,进而构筑了基于经典P型聚合发光材料P-PPV的双层PLEDs器件。电聚合界面ECP-TCPC的插入有效地阻挡了注入到PLEDs器件中多余的空穴载流子,通过减少器件中的空穴漏电流和平衡正负载流子的平衡显著地增强了PLEDs器件的性能。当插入一层12 nm厚的ECP-TCPC界面之后,PLEDs器件的最大电流效率LEmax从12.3 cd A-1增加至16.2 cd A-1,提高了32%。其次,我们利用四咔唑基团功能化的经典蓝色磷光主体材料SimCP2作为单体材料,通过电化学氧化偶联的方法在空穴注入层PEDOT:PSS表面原位沉积一层具有交联结构的界面层ECP-SimCP2,以双极性的超支化磷光聚合物HBIr为发光层,以TmPyPb作为电子传输层,构筑了溶液加工型多层绿色PhOLEDs器件。界面ECP-SimCP2的插入有效地避免了器件中PEDOT:PSS对发光层HBIr中长寿命三线态激子辐射跃迁过程的淬灭,发光层HBIr的PL光谱强度和PLQY均有显著的提升,从而增强了PhOLEDs器件的光学性能。当插入一层18 nm厚的ECP-SimCP2界面之后,器件最大电流效率LEmax从24.4 cd A-1提升到32.5 cd A-1,最大外量子效率EQEmax从9.0%增加至12.0%。再次,我们利用新型的六咔唑功能化的磷光主体材料SimCP3-Ph作为单体,通过电聚合的方法在PEDOT:PSS上原位沉积了一层表面形貌光滑、具有良好耐溶剂特性且具有稳定交联结构的电聚合界面层ECP-SimCP3-Ph,分别以26DCzPPy:10wt%FIrpic和26DCzPPy:10wt%FIrpic:0.2wt%PO-01作为发光层,构筑了多层溶液加工型蓝光和白光PhOLEDs器件。通过对PhOLEDs器件光电性能和单空穴载流子器件电学性能的比较研究,证明了界面ECP-SimCP3-Ph有效地降低了从PEDOT:PSS到主体26DCzPPy的空穴传输势垒,显著地降低了蓝光和白光PhOLEDs器件的驱动电压,增强了器件的电流效率,从而大幅度地提升了器件的功率效率。当插入一层15 nm厚的ECP-SimCP3-Ph界面之后,蓝光PhOLEDs器件的开启电压从4.4 V减小到了3.9 V,LEmax从13.8 cd A-1增加到了17.8 cd A-1,PEmax从7.5 lm W-1提升到了10.5 lm W-1。白光PhOLEDs器件的开启电压从4.6 V降低到了4.1 V,LEmax、PEmax和EQEmax分别从19.2 cd A-1、9.4 lm W-1和8.8%增加到了28.1 cd A-1、14.8 lm W-1和12.9%,实现了57%的提升。最后,我们利用窄带隙红光材料PBI-H掺杂ZnO,构筑了基于掺杂型阴极界面ZnO:PBI-H的倒置型PLEDs器件。通过与基于经典阴极界面ZnO、ZnO/PFN的倒置PLEDs器件光电性能以及暗态和光态下单电子器件电学性能的比较研究,证明了在绿光发光层P-PPV电致发光光子的诱导下,处于激发态的PBI分子对ZnO进行了N型掺杂过程,实现了电子的有效注入。基于P-PPV的倒置型PLEDs器件获得了15.4 cd A-1的电流效率和3.1 V的开启电压。
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