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本文针对有机电致发光、有机无机复合电致发光、固态阴极射线发光研究中的问题,利用交流阻抗谱技术,结合常规的光电测量方法,重点研究了器件中载流子的注入和传输等机理,得到了一些有意义的研究结果。
一、有机电致发光器件光电特性的研究。结合常规的光电测量方法,利用交流阻抗谱方法研究了有机电致发光器件ITO/MEH-PPV/Al的电学性质,在器件的交流阻抗谱中只得到了一个半圆,没有发现明显的Schottky势垒和耗尽层。根据器件的交流阻抗谱提出了器件的等效电路为一个电阻Rp和一个电容Cp的并联然后串联一个电阻Rs。提出了一个简单的模型:电阻Rp相当于器件的直流电阻,电容Cp相当于器件的体电容,串联电阻Rs相当于器件中电极与有机材料的接触电阻。
分别分析了Rp、Rs和Cp随驱动电压的变化,根据器件电容Cp随直流电压的变化关系,对比器件的电流—电压特性和亮度—电压特性,将器件ITO/MEH-PPV/Al中的载流子的注入和传输过程分为四个阶段,联系器件中载流子的注入和传输过程,分析了在每个阶段Cp的变化趋势。
根据交流阻抗谱拟合得到的电阻Rp的值计算出了器件ITO/Alq/Al的电导率,利用飞行时间方法得到了器件的载流子迁移率,从而计算得到了器件中的电荷载流子密度为1.8×1017,还估算出MEH-PPV的相对介电常数等于3.6。
结合交流阻抗谱方法研究了掺杂DCJTB对器件ITO/PVK:DCJTB/Al的电学特性和器件稳定性的影响,认为DCJTB在PVK中作为陷阱存在,降低了器件的电流,但是增加了电子和空穴的复合效率,从而增强了器件的发光,而且掺杂DCJTB以后器件的稳定性有了很大的增加。
二、有机无机复合器件的研究。利用交流阻抗谱方法研究了有机无机复合器件ITO/MEH-PPV/ZnS/Al,讨论了无机材料ZnS增强有机电致发光的发射的机理。无机材料ZnS的加入,促进了电子的注入,减小了电极猝灭;同时由于ZnS的电子迁移率远大于MEH-PPV的空穴迁移率,ZnS层可以提供足够多的电子。
结合交流阻抗谱方法讨论了LiF修饰层提高器件的亮度、效率的机理,在LiF层和有机层界面形成了一个偶极层,偶极层在界面处形成的电场减小了电子的注入势垒,有效的增加了电子的注入,同时增强了器件的亮度和效率。
使用SiO2同时作为空穴缓冲层和电子阻挡层,提高了有机电致发光器件的效率。我们利用交流阻抗谱方法证明了器件中插入SiO2层以后,在有机层界面有更多的空穴积累,从而促进了电子的注入。
三、结合交流阻抗谱技术研究了在正弦交流电压驱动下固态阴极射线发光器件和有机电致发光器件的性质及其发光机理。
固态阴极射线发光器件ITO/SiO2/MEH-PPV/SiO2/Al在正弦交流电压驱动下得到两个发光峰,其中长波峰来自于MEH-PPV中的激子发光,符合分子理论,短波峰的蓝光来自于激子被离化后的带带跃迁,符合能带模型。这两个发光是相互竞争的过程,短波峰的出现在激子离化以后,这说明分子理论和能带模型并不矛盾,它们可以同时存在,它们的分水岭是激子的离化。
然后,研究了有机电致发光器件在交流电压驱动下的发光机理。有机电致发光器件在交流电压驱动下仍然是注入式发光,在交流电压的正半周,电子和空穴分别从正向注入,器件的发光较强;在交流电压的负半周,电子和空穴分别从反向注入,器件的发光较弱。但是相比直流驱动,器件的寿命得到了提高。
固态阴极射线发光器件和有机电致发光器件的交流阻抗谱的不同以及他们的发光强度对驱动电压频率的响应不同,这些都说明了固态阴极射线发光和有机电致发光是两种不同的发光机制。