有机电致发光器件中载流子的输运和复合发光

以高场作用下载流子对三角势垒的FowlerNordheim隧穿理论为基础,建立了单层有机电致发光器件中载流子输运和复合发光模型,给出了薄膜中电子空穴对的解离和复合概率及电子和空穴的密度分布.计算并讨论了外加电压和注入势垒对器件电流和复合效率的影响. 关键词： 电致发光器件 载流子输运 载流子复合     

利用氧等离子体处理阳极银实现高效率顶发射有机电致发光

主要报道在器件结构为玻璃衬底/Ag(阳极)/NPB(空穴传输层)/Alq3(电子传输及发光层)/Sm(半透明阴极)/Alq3的顶发射有机电致发光器件中,利用氧等离子体对阳极银的表面进行处理来降低阳极和空穴传输层(Ag/NPB)界面处的空穴注入势垒,提高顶发射有机电致发光器件的性能。主要研究了氧等离子体处理时间对阳极银和顶发射有机电致发光器件光电特性的影响。紫外光电子能谱表明,氧等离子体处理能有效降低Ag/NPB界面处的空穴注入势垒。通过优化处理时间获得最佳器件性能,优化后的器件最大效率可达6.14cd/A。     

高场下界面势垒对双层有机器件复合发光的影响

以高场作用下载流子对三角势垒的Fowler-Nordheim隧穿理论为基础,建立了双层有机电致发光器件中载流子的输运和复合发光模型.计算并讨论了所加电压与界面势垒对器件的复合电流及其复合效率的影响.该理论模型很好地解释了实验现象,并进一步证实了电场对复合区域的调制作用. 关键词： 有机电致发光 双层器件 界面势垒     

MEH-PPV/ZnO纳米晶无机有机复合电致发光器件的研究

以Ⅱ一Ⅵ族无机半导体ZnO纳米颗粒为电子传输层,MEH-PPV为空穴传输层兼发光层,得到的电致发光器件比单层MEH-PPV器件的发光亮度和效率都明显提高。器件结构为ITO／MEH-PPV／ZnO／Al的电致发光光谱同单层PPV器件的光谱出现了不同,在620nm处出现了一个小的发光峰,应该是ZnO的发光。另外,双层结构器件的启亮电压由单层器件的9V降到了4V左右。由I-V曲线及发光光谱可判断出发光区域应在MEH-PPV／ZnO界面处,并且复合区域可能随着电压的变化而变化。     

高场作用下有机双层器件的场致复合发光

以在高场作用下载流子对三角势垒的Fowler Nordheim隧穿理论为基础 ,建立了双层有机电致发光器件载流子的输运与复合发光模型。求出了稳态下电荷载流子的复合发光与电压和界面势垒的函数关系式 ,计算并讨论了所加电压和阳极区与阴极区厚度之比 (Lh/Le)对复合发光的影响。该理论模型很好地解释了电场对复合区域的调制作用。     

注入和输运对单层有机发光器件复合发光的影响

通过分析聚合物电致发光器件中载流子注入、输运、激子的解离与复合过程,提出了激子解离与复合的理论模型. 基于电流连续性方程和Poisson方程,给出了激子复合密度、电流密度及复合效率表达式.研究两电极与有机层之间在Ohmic和Fowler-Nordheim接触条件下载流子迁移率对器件中激子的复合密度及外加电压和注入势垒对器件电流和复合效率的影响.结果表明:1)在一个较宽的注入势垒和迁移率范围内,复合密度不是由两个注入电极的相对注入比决定而是由有机层电子和空穴迁移率之比所支配;2)固定阴极势垒,而阳极势垒由小变大时,器件电流由接触限制向空间电荷限制转变;3)复合效率随外电压升高先增加,当电压达一临界值时而陡降,存在一个最佳的注入势垒值.结果说明:电极与有机层的能带匹配及有机层间的迁移率匹配对器件复合发光有着极其重要的影响.其计算值与所报道的理论结果相符.     

输运层势垒对双层结构器件复合发光的影响

通过分析双层结构器件复合发光的实际物理过程，建立了双层器件载流子输运与复合发光的多势垒的理论模型，计算并讨论了器件复合效率随外加电压及输运层势垒（包括势垒高度和宽度）的变化关系，该理论模型较好地解释实验现象。     

利用p型掺杂技术制备的高效有机电致发光器件

利用氧化钼(MoO_x)作为p型掺杂剂,以掺杂层4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl(CBP):MoO_x作为空穴注入层,制备了一种结构为ITO/MoO_x/CBP:MoO_x/CBP/CBP:tris(2-phenylpyridine)iridium(III)(Ir(ppy)₃)/4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(Bphen)/LiF/Al的有机电致发光器件.器件中CBP同时作为空穴注入层、空穴传输层以及发光层母体材料,这种结构具有结构简单同时能有效降低空穴注入势垒等优点.研究发现,随着空穴注入层厚度的增加,器件的电流密度增加,表明p型掺杂层的引入能够有效增强空穴的注入;通过优化器件空穴注入层与空穴传输层厚度,器件性能有所提高,最大电流效率为29.8 cd/A,可以认为合理的优化空穴注入层和空穴传输层的厚度,使载流子在发光层中的分布更加平衡是提高器件发光效率的主要原因.值得指出的是,从电流效率最大值到亮度为 20 000 cd/m²时,优化后器件的效率衰减仅为17.7%,而常规器件的效率衰减则为62.1%,优化后器件效率衰减现象得到了明显的改善.分析认为优化后的器件中未掺杂的CBP有助于展宽激子形成区宽度,进而减弱了三线态-三线态湮灭、三线态-极化子淬灭现象,激子形成区的展宽是改善效率衰减的主要原因.     

量子点发光二极管功能层厚度确定方法

为改善量子点发光二极管器件载流子注入平衡,提出一种量子点发光二极管各功能层厚度的确定方法.首先选定量子点发光层厚度,基于隧穿模型进行仿真分析确定电子传输层厚度;然后采用空间电荷限制电流模型进行仿真分析确定空穴传输层厚度.采用CdSe/ZnS量子点作为发光层、poly-TPD作为空穴传输层、Alq_3作为电子传输层,按照该方法仿真分析得到各功能层厚度进行旋涂-蒸镀法实物器件制备.对比实验结果表明:当poly-TPD、QDs及Alq_3厚度分别为45nm、25nm及35nm时,获得了较高的发光效率及色纯度,器件性能最好.该方法确定的各功能层厚度有助于减少载流子在发光界面积累,获得载流子的注入平衡,从而改善QLEDs发光性能.     

有机/无机复合双层电子传输层的量子点发光二极管

采用有机/无机复合双层电子传输层（ETL）研制绿色QLEDs,其中有机ETL采用OLED中常见的ETL材料,无机ETL采用ZnO纳米颗粒,并通过调控有机ETL厚度改变电子注入,使电子/空穴达到平衡。制备的器件结构为:ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/ZnO NPs/TPBI:Liq/Al,其中有机电子传输层TPBI:Liq采用真空蒸镀沉积。与仅采用ZnO电子传输层的器件相比,可以使器件性能得到大幅提升:器件的最大电流效率从11.53 cd/A提升到22.77 cd/A,同时器件的启亮电压、电致发光光谱无明显变化。判断有机ETL的主要作用是抑制了过量电子的注入和传输,在发光亮度变化不大的情况下,降低了器件的无效复合（例如俄歇复合）电流,从而使电流效率明显提升。     

Trap-assisted recombination in disordered organic semiconductors

The trap-assisted recombination of electrons and holes in organic semiconductors is investigated. The extracted capture coefficients of the trap-assisted recombination process are thermally activated with an identical activation energy as measured for the hole mobility μ(p). We demonstrate that the rate limiting step for this mechanism is the diffusion of free holes towards trapped electrons in their mutual Coulomb field, with the capture coefficient given by (q/ε)μ(p). As a result, both the bimolecular and trap-assisted recombination processes in organic semiconductors are governed by the charge carrier mobilities, allowing predictive modeling of organic light-emitting diodes.     

LiF修饰阴极的双层有机电致发光器件的延时效应

基于载流子的注入、传输和复合过程,建立了双层有机发光器件的电致发光延时理论模型;讨论了电致发光延时随电压、注入势垒、内界面势垒、阳极区厚度及LiF缓冲层(BL)厚度的变化关系。结果表明:(1)低电压下,EL延时由复合过程主导,而高电压下,输运过程起着更重要的作用;(2)当δe/δh2时,M/O界面属于欧姆接触,电流是空间电荷限制的,注入势垒的变化对复合时间trec影响较大,当δe/δh2时,M/O界面成为接触限制,注入势垒的变化对trec几乎没有影响;(3)当内界面势垒超过0.3eV,H′h对trec的影响明显变弱,复合延迟时间基本上由电压和其它因素控制;(4)当电压较小时,随Lh/L的增大,trec增大;当电压超过某一值后,trec几乎不随Lh/L的变化而变化;(5)对于LiF/Ag阴极,在不同的偏压下,LiF的厚度在3.1nm左右时的复合时间最短,对应的EL延迟时间也最短,这与实验中从电致发光效率的角度得出的LiF最佳厚度一致。     

有机层界面对双层有机发光二极管复合效率的影响

建立了双层有机发光二极管中载流子在有机层界面复合的无序跳跃理论模型.由于有机分子材料的空间及能带结构的无序性，采用刚体模型处理有机层界面问题是不恰当的，而采用无序跳跃模型比较合理.复合效率及复合电流由载流子跳跃距离、有机层界面的有效势垒高度及该界面处的电场强度分布所决定：在双层器件ITO/α-NPD/Alq₃/Al中，当所加电压小于19.5V时，复合效率随着载流子跳跃距离的增加而增加，而大于19.5V时，复合效率随着其距离的增加而减少；复合效率随着有机层界面有效势垒高度的增加而增加； 关键词： 有机层界面 双层有机发光二极管 复合效率 有效势垒高度 无序跳跃模型     

Charge tunneling and cross recombination at organic heterojunction under electric fields

Electroluminescence (EL) of bilayer organic light-emitting diodes based on N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (TPD) and 2-(4'-biphenyl)-5-(4”-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD) were reported. The EL spectra of bilayer device ITO/TPD/PBD/Al consist of monomolecular emission from TPD, exciplex emission and charge carriers cross recombination at the TPD/PBD interface. By varying the thickness of each organic layer while keeping the thickness of the whole device constant, three kinds of bilayer devices were fabricated and their EL and photoluminescence spectra were compared with each other, and our experimental data show that charge tunneling and cross recombination coexist at the TPD/PBD interface, and these two processes compete with each other under high electric fields.     

Dependence of limited radiative recombination rate of InGaN-based light-emitting diode on lattice temperature with high injection

It is observed that the radiative recombination rate in InGaN-based light-emitting diode decreases with lattice temperature increasing.The effect of lattice temperature on the radiative recombination rate tends to be stable at high injection.Thus,there should be an upper limit for the radiative recombination rate in the quantum well with the carrier concentration increasing,even under the same lattice temperature.A modified and easily used ABC-model is proposed.It describes that the slope of the radiative recombination rate gradually decreases to zero,and further reaches a negative value in a small range of lattice temperature increasing.These provide a new insight into understanding the dependence of the radiative recombination rate on lattice temperature and carrier concentration in InGaN-based light-emitting diode.     

基于载流子平衡的效率及亮度提高的有机蓝光器件

研究了在两空穴传输层之间插入Bphen中间层对有机蓝光器件(BOLEDs)效率的影响。结果表明,其对空穴的阻挡作用使得电子与空穴在发光区内达到相对平衡,减少了激子-极化子猝灭几率,从而提高了有机蓝光器件的效率和亮度。器件的最大电流效率从16.12 cd/A增加到20.52 cd/A,相对提高了27.30%;最大功率效率从14.23 lm/W增加到17.64 lm/W,相对提高了23.96%。文中对提高效率的物理机制进行了详细的阐述。     

纳米结构氧化镍缓冲层对蓝色有机发光二极管性能的影响

在阳极和空穴传输层分别引入氧化镍纳米结构缓冲层,制备了蓝色有机发光二极管,对二极管的电学和光学特性进行了测试分析,研究了采用电化学方法制备的氧化镍纳米结构对器件的影响.结果表明,纳米结构氧化镍缓冲层能够有效地提高空穴-电子对的产生和复合效率,它的引入带来了高效的空穴注入及发光层中的载流子平衡,能有效提高有机发光二极管的电致发光特性.氧化镍缓冲层沉积时间为30 s的器件具有最高的亮度和电流效率,分别为42 460 cd/m2和24 cd/A,该器件的CIEx,y 色坐标为(0.212 9,0.325 2).     

White light-emitting quantum dot diodes and tuning of luminescence processes

A novel white light-emitting diode based on a large Stokes shift (~200 nm) and using pure green light-emitting CdSeS quantum dots (QDs) with an Ag/ZnSnO/QDs/spiro-TPD/ITO structure has been fabricated in which ZnSnO and spiro-TPD are served as the electron and hole transport layer, respectively. The large Stokes shift of the CdSeS QDs excludes potentially Förster resonance energy transfer process, which allows spiro-TPD to act as both an emitter and hole transport layer. The devices exhibit a wide EL spectrum consisting of three components: blue emission from spiro-TPD, green emission from QD band–band recombination, and red emission from QD surface-state recombination. We further found that as the intensity ratios among these three components vary with bias the color of the QD light-emitting diodes is tunable. The device displays a good white light-emitting characteristic with CIE coordinates of (0.281, 0.384) at an appropriate bias.