溶液法透明导电薄膜的研究及其在有机发光二极管的应用

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ddy110110520
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近年来,柔性有机发光二极管(OLED)因其更轻的重量、更薄的尺寸以及可弯曲等特性受到了科学家们的广泛关注,被誉为下一代的主流显示器。柔性 OLED中所采用的电极薄膜需要具有较高的导电率、透光率和柔性特征,但是目前传统OLED所采用的电极主要是氧化铟锡(ITO)电极,ITO电极虽然导电率和透光率较好,但是ITO薄膜制备工艺较为复杂,材料成本较高,另外薄膜的柔韧性差,因此难以用于制备柔性OLED器件。为此,本文研究基于氧化石墨烯、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚对苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)和银纳米线的透明导电薄膜,以作为阳极在柔性OLED器件中的应用。  本文首先研究采用层层自组装法制备高导电率和透明性的石墨烯薄膜,这里通过将阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)与氧化石墨烯进行复合使其分别带上负电和正电,控制基板交替浸入上述溶液中,利用正负电性相互吸引作用在基板上沉积多层致密的氧化石墨烯薄膜。获得的薄膜在1000℃氮气氛围下高温退火2小时后,所得到的石墨烯薄膜的导电率可以达到900 S/cm。薄膜的厚度、透光率和方块电阻可以通过交替沉积次数来控制。这种石墨烯薄膜相比于传统退火处理后的石墨烯薄膜导电率有所提高,除了因为高温下更好的石墨化以外,还由于所添加的表面活性剂CTAB中的氮原子能够掺杂进石墨烯片中,修复石墨烯片上的缺陷。将所得到的多层石墨烯导电膜作为阳极制备 OLED器件,器件的电流密度与亮度在低电压范围内优于ITO作为阳极的器件性能,而电流效率则接近ITO作为阳极的器件。  论文随后采用氢碘酸结合浸渍法对 PEDOT:PSS薄膜进行处理获得了高导电率、透明和均匀的PEDOT:PSS薄膜。相比于其他酸及滴涂处理方式,采用氢碘酸结合浸渍法制备的薄膜更加均匀,导电率也最高。经氢碘酸处理的薄膜在550 nm可见光下透过率87%时方阻仅为68Ω/□。这种薄膜导电率的提高主要是由于氢碘酸中的质子和碘离子在溶液中会渗入到PEDOT:PSS薄膜中,将绝缘的PSS链和导电的PEDOT链分离开,分离后的相结构能够提供更多的载流子传输通路从而最终提高薄膜的导电率。采用氢碘酸处理后的PEDOT:PSS薄膜作为阳极应用于OLED器件中,器件在1000 cd/m2亮度时的电压仅为6.4V,比相同亮度下ITO作为阳极的器件驱动电压小了0.4V,空穴注入能力优于ITO阳极器件。  论文进一步研究了PEDOT:PSS和氧化石墨烯复合薄膜的工作。通过将氧化石墨烯与 PEDOT:PSS进行复合,然后用二甲基亚砜(DMSO)或氢碘酸对薄膜进行后处理,以进一步提高薄膜的导电率。研究发现,PEDOT:PSS和氧化石墨烯复合膜中采用DMSO处理,当氧化石墨烯的添加量为0.02 wt%时,薄膜能够达到最高的导电率,其方阻为85Ω/□,在550 nm可见光下的透光率为87%;而经氢碘酸结合浸渍法处理后,复合薄膜中氧化石墨烯的添加量为0.01 wt%时所得到的方阻最低,仅为91Ω/□,在550 nm可见光下的透光率为91%。这种复合薄膜导电率的提高主要是由于在DMSO或氢碘酸的作用下,PSS链和PEDOT链会分离开,从而使亲水性的绝缘的PSS链被除掉,而剩下的PEDOT链则能够提供更多的载流子通路。另外,PEDOT链在静电力的作用下会吸附在氧化石墨烯片表面,进一步扩大了导电网络,提高了薄膜的导电率。这种复合薄膜耐候性也因为氧化石墨烯的添加而明显提高。将混有6 wt% DMSO的PEDOT:PSS和GO:SDBS复合薄膜用于OLED中,GO:SDBS的添加量为0.02 wt%时,器件能够获得最佳的性能,在1000 cd/m2的亮度下的驱动电压仅为4.6V,低于ITO和其他杂化薄膜器件,器件的电流密度在100 mA/cm2时达到2.7 cd/A,该数值相比于采用ITO作为阳极的器件效率值高了接近70%。  论文最后通过优化反应中的模板和稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子量和混合比例制备出了高长径比的银纳米线。当 PVP的分子量为360000,与硝酸银的摩尔比为4:1时能够制备出均匀性、导电率和透光率最佳的银纳米线薄膜。通过在银纳米线薄膜表面涂覆上一层PEDOT:PSS薄膜后再热压可以改善其均匀性,而且热压后薄膜的导电率和透光率不会发生明显变化。将所得到的复合薄膜作为阳极制备OLED器件,发现热压法处理后的器件的漏电流明显小于未处理的器件,而银纳米线薄膜表面覆盖上更厚的PEDOT:PSS薄膜后,器件的漏电流更小,但是其整体电流密度也相对较小。  论文分别研究了基于石墨烯、PEDOT:PSS、银纳米线的透明导电薄膜,以及它们之间的复合机理,最终获得了导电率、透光率和均匀性俱佳的透明导电薄膜,可以作为阳极制备柔性OLED器件。
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