基于磷光染料掺杂荧光主体OLED发光层薄膜电输运特性导纳法研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ZZ2077
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重金属铱配合物磷光染料掺杂荧光主体体系是各种磷光发光和荧磷共混发光OLED常用的载流子传输层和发光层。通过对荧磷主客体掺杂体系载流子输运特性的研究,掌握其内在规律,可以更有针对性地设计组件的结构和掺杂比例,使器件内电子和空穴达到较完美的平衡,从而提高其性能。本文系统地研究了橙色、绿色和红色磷光染料掺杂 N,N-diphenyl-N,N-bis(l-naphthylphenyl)-1,1-biphenyl-4,4-diamine(NPB)和 4,4,4-tri(Ncarbazolyl)triphenylami(TCTA)主体,以及蓝色磷光染料 bis(4,6-difluorophenyl)-pyridina-to-N,C20]-picolinate(FIrpic)和 bis(4’,6’-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate(FIr6)掺杂4,4’-N,N’-dicarbazole-biphenyl(mCP)主体,三大薄膜体系中空穴的输运特性,及其单空穴器件的电容特性。得到了一些有价值的结论。(一)研究了磷光染料,bis(2-(9,9-diethyl-9H-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1Hbenzoimidazol-N,C3)iridium(acetylacetonate)[(fbi)2Ir(acac)]、Tris(2-phenylpyridine)iridium[Ir(ppy)3]、tris[1-phenylisoquinolinato-C2,N]iridium[Ir(piq)3]掺杂荧光主体NPB和TCTA,FIrpic和FIr6掺杂荧光主体mCP薄膜的空穴迁移率,结果表明:(1)对于纯净的NPB薄膜,当其膜厚大于300 nm时,迁移率随着电场强度的平方根指数增大,而当其厚度小于300 nm时,迁移率随电场强度的平方根指数减小。(2)对于(fbi)2Ir(acac)掺杂NPB薄膜,掺入NPB的(fbi)2Ir(acac)分子呈现为空穴陷阱,且降低了薄膜中空穴的迁移率;对于~100 nm的薄膜厚度,其迁移率随电场强度的平方根指数减小。(3)对于Ir(piq)3掺杂的NPB薄膜,其空穴迁移率随电场强度的平方根的增加而指数降低;总体上,空穴迁移率随掺杂浓度变化不大,在外加偏压为9V时,在1.0~9.014 wt.%的掺杂范围内,空穴迁移率的变化范围是1.3×10-5~2.4×10-5cm2/Vs;空穴迁移率随温度变化小,对于掺杂浓度为3.0 wt.%的薄膜和6×105 V/cm的电场强度,温度从78 K增加到300 K时,迁移率在1.8×10-5~2.1×10-5 cm2/Vs的小范围内变化。(4)对于(fbi)2Ir(acac)和Ir(ppy)3分别掺杂的TCTA薄膜,在轻掺杂情况下,迁移率随电场强度的平方根的增加指数减小;随着掺杂浓度升高到一定数值xth时,趋势发生变化:对于(fbi)2Ir(acac)掺杂TCTA器件,当电场强度较低时,迁移率随电场的平方根的增加先升高,达到最大值以后,再降低;对于Ir(ppy)3掺杂TCTA器件,掺杂浓度小于xth时,迁移率与电场强度的平方根负相关,掺杂浓度等于xth,时,迁移率不依赖电场强度而变化,掺杂浓度大于xth时,迁移率与电场强度平方根的变化关系发生逆转,由原来的负相关逆转为正相关,即随电场强度平方根的增加呈指数增加,高场条件下迁移率都不依赖电场强度变化。TCTA:(fbi)2Ir(acac)和TCTA:Ir(ppy)3 器件,xth的值分别为 2.0 wt.%和 7.0 wt.%。(5)对于 Ir(piq)3 掺杂的 TCTA薄膜,其空穴迁移率随电场强度的平方根的增加而指数降低;对于电场强度F~5×105 V/cm,当掺杂浓度在1.0~9.0 wt.%变化时,空穴迁移率处于1.4×10-5~7.0×10-5 cm2/Vs 之间。当掺杂浓度为 9wt.%时,Ir(ppy)3 和 Ir(piq)3 掺杂 TCTA 的单空穴器件的负微分电纳频率谱呈现双峰特性,并用实验数据证明了多出现的这个特征峰不是电子的特征峰而是空穴的特征峰,是空穴在传输过程中经历了两个空间电荷传导区间所形成的。(6)对于FIr6和FIrpic掺杂的mCP薄膜,其空穴迁移率随电场强度的平方根的增加而指数降低;对于F~5×105V/cm,当掺杂浓度在1.0~9.0 wt.%变化时,两种掺杂材料的器件空穴迁移率处于2×10-5~6×10-5 cm2/Vs 之间。(二)研究了磷光染料(fbi)2Ir(acac)、Ir(ppy)3、Ir(piq)3掺杂荧光主体NPB和TCTA,FIrpic和FIr6掺杂荧光主体mCP薄膜的单空穴器件的C-V特性。结果表明:(1)基于有机薄膜 NPB:Ir(piq)3、TCTA:(fbi)2Ir(acac)、TCTA:Ir(ppy)3、TCTA:Ir(piq)3、mCP:FIr6和mCP:FIrpic的单空穴器件具有类似的C-V特性。(2)在~1kHz的低频下,随着电压的升高,从阳极注入的空穴增多,器件的电容逐渐增大,并在电压为Vmax时达到最大值Cmax。当V>Vmax时,电容开始减小,其原因是在强电场作用下电子从阴极通过量子隧穿注入到有机薄膜。(3)在~100kHz的高频下,电容随外加电压的升高而逐渐降低。(三)研究了磷光染料(fbi)2Ir(acac)、Ir(ppy)3、Ir(piq)3掺杂荧光主体NPB和TCTA,FIrpic和FIr6掺杂荧光主体mCP薄膜的单空穴器件的电导-电压特性。结果表明掺杂浓度不同器件的电导不同,即器件的开启电压不同,提高器件的电导即降低了器件的开启电压:(1)对于Ir(ppy)3和Ir(piq)3掺杂荧光主体NPB薄膜的单空穴器件,轻掺杂能有效提高电导,而重掺杂则导致电导降低。(2)对于mCP:FIrpic单空穴器件,掺杂能有效提高电导,而对于mCP:FIr6单空穴器件,掺杂导致电导降低。(3)对于TCTA:(fbi)2Ir(acac)单空穴器件,在低频下,电导随掺杂浓度的增大而降低。(4)对于TCTA:Ir(ppy)3单空穴器件,在低频下,电导随掺杂浓度的增大先增大,而后减小。(四)我们发现在结构为ITO/MoO3/荧光主体:磷光染料/MoO3/Al的一些器件中,负微分电纳频率谱会出现两个特征峰。我们认为,有机层与复合阴极之间形成了肖特基势垒,空穴在传输过程中经历了两个空间电荷限制传导区域。如果器件的阴极功函数与有机层的HOMO能级能形成稳定的肖特基接触并且这两个空间电荷限制区域的空穴传输特征频率全部位于测试频率范围之内,则负微分电纳频率谱会出现两个特征峰,否则只出现一个。这与单层双注入和多层双注入器件的负微分电纳频率谱中出现的两个特征峰的含义不同。我们用实验支持了这一观点。(五)拓展了 Motte-Schottky方法在有机电子领域中的应用—确定复合阴极功函数。由于在超高频下测得的器件的内建电势规避了由于界面偶极而引起的能带弯曲—界面态势垒,这时的内建电势在数值上等于复合阳极与复合阴极功函数之差,由于器件的复合阳极与有机层是欧姆接触,因此,内建电势主要由复合阴极与有机层之间的肖特基势垒所决定,故这种方法能确定肖特基势垒,从而确定复合阴极的功函数。(六)基于复合区复合速率密度匀均分布的近似,建立了单层双注入载流子器件的导纳法计算迁移率的模型。据此模型可根据测量的AS数据计算空穴和电子迁移率之和。
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