Numerical investigations on the current conduction in bilayer organic light—emitting devices with ohmic injection of charge carriers

A numerical model for bilayer organic light-emitting diodes (OLEDs) has been developed on the basis of trappedcharge limited conduction. The dependences of the current density on the operation voltage, the thickness andtrap properties of the hole transport layer (HTL) and emission layer (EML) in bilayer OLEDs of the structure an-ode/HTL/EML/cathode have been numerically investigated. It has been found that, for given values of reduced trapdepth, total trap density, and carrier mobility of HTL and EML, there exists an optimum thickness ratio of HTL tothe sum of HTL and EML, by which a maximal current density, and hence maximal quantum efficiency and luminance,can be achieved. The current density decreases quickly with the mean trap density, and decreases nearly exponentiallywith the mean reduced trap depth.     

基于PTCDA的有机/无机光敏二极管结构优化

以p型硅和苝四甲酸二酐(perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride,PTCDA)为异质结,梳状金(Au)薄膜作为顶电极和光入射窗口制备了光敏二极管。研究表明,PTCDA的厚度和Au电极的厚度对光敏二极管的光响应度有很大的影响。对比不同PTCDA厚度的器件性能,在PTCDA厚度为100 nm时,光响应度最高达到0.3 A/W。进而采用最优化的100 nm厚的PTCDA薄膜制备硅基光敏二极管,对比不同Au电极厚度的器件性能。在Au厚度为20 nm时,器件的光响应度达到最优化的0.5 A/W。     

Numerical Study on Open-Circuit Voltage of Single Layer Organic Solar Cells with Schottky Contacts: Effects of Molecular Energy Levels, Temperature and Thickness

We numerically investigate the effects of the exciton generation rate G, temperature T, the active layer thickness d and the position of LUMO level EL related to the cathode work function Wc at a given energy gap on the opencircuit voltage Voc of single layer organic solar cells with Schottky contact. It is demonstrated that open-circuit voltage increases concomitantly with the decreasing cathode work function Wc for given anode work functions and exciton generation rates. In the case of given cathode and anode work functions, the open-circuit voltage first increases with the exciton generation rate and then reaches a saturation value, which equals to the builtin voltage. Additionally, it is worth noting that a significant improvement to Voc could be made by selecting an organic material which has a relative high LUMO level （low ｜EL｜ value）. However, Voc decreases as the temperature increases, and the decreasing rate reduces with the enhancement of exeiton generation rate. Our study also shows that it is of no benefit to improve the open-circuit voltage by increasing the device thickness because of an enhanced charge recombination in thicker devices.     

有机半导体的物理掺杂理论

基于最低未被占据分子轨道（LUMO）和最高被占据分子轨道（HOMO）的高斯态密度分布与载流子在允许量子态中的费米-狄拉克（Fermi-Dirac）分布,提出有机半导体中物理掺杂的理论模型;研究了掺杂浓度、温度和禁带宽度对载流子浓度的影响,并与一些报道的实验结果做了比较.研究发现无论是否掺杂,温度升高时,有机半导体中的载流子浓度都会增大,并且随温度倒数的线性减小而指数增大;对于本征有机半导体,载流子浓度随禁带宽度的增大而指数下降,随高斯分布宽度的平方指数增加;对杂质和主体不同能级关系的掺杂情形下掺杂浓度对载 关键词： 有机半导体 掺杂 高斯态密度 载流子浓度     

有机半导体异质界面电荷传输解析模型研究

有机半导体多层薄膜器件的性质很大程度上由有机-有机界面的传输性质所决定，但是现有的关于有机-有机界面的分析模型很难适用于实际器件的模拟.以Miller-Abrahams跳跃传导理论为基础，充分考虑有机-有机界面和金属-有机界面性质的不同，建立了一个新的描述有机-有机异质界面电荷传输的解析模型.结果表明有机异质界面的载流子传输不仅取决于界面的肖特基势垒，而且还取决于界面附近两边的电场强度和载流子浓度.此模型可用于有机半导体多层薄膜器件的电流密度、电场分布和载流子浓度分布的自洽计算. 关键词： 有机半导体 界面 载流子传输     

衬底对PTCDA薄膜结构与电荷输运特性的影响

在不同导电衬底(Au,Al和ITO)上制备了PTCDA薄膜,用XRD和AFM技术研究了PTCDA薄膜的结构和表面形貌。结果表明,薄膜中的大部分PTCDA分子平面与衬底不平行,这表明薄膜垂直方向的电流传导将以电子传输为主;在ITO和Au衬底上生长的PTCDA薄膜晶粒排列规则,在薄膜垂直方向呈现出较好的电子传输性能;而在Al衬底上生长的PTCDA薄膜晶粒排列无序,电子传输性能差。通过制备单层结构有机薄膜器件,研究了PTCDA薄膜垂直方向的电子迁移率。综合应用金属-有机界面的热电子发射理论和有机层体内空间电荷限制传导理论,并考虑电场强度对迁移率变化的影响,对ITO/PTCDA/Al器件的电流密度-电压曲线进行拟合,得到ITO衬底上生长的PTCDA薄膜在垂直方向随电场强度变化的电子迁移率数值。     

基于并五苯/酞菁铅异质结的近红外光敏有机场效应管(英文)

采用并五苯(Pentacene)和酞菁铅(PbPc)两种有机材料作为有源层,制备了异质结有机光敏场效应管。在波长为808 nm、强度为124 mW/cm2的近红外光照条件下,异质结phOFET获得最大的光暗电流比达4.4×104,栅压为-50 V时的最大光响应度为118 mA/W,比单层酞菁铅phOFET分别高出766倍和785倍。在经过120 h后,器件的最大光暗电流比和最大光响应度分别稳定于5.4×104和326 mA/W附近。由于在异质结phOFET中采用了对近红外光具有高吸收效率的酞菁铅作为光敏层,而高空穴迁移率的并五苯材料作为靠近栅介质的沟道层,光生载流子的产生与传输能力得到了有效的提高。实验结果表明,基于并五苯/酞菁铅的有机异质结应用于光敏有机场效应管的结构设计中,可以使phOFET成为一种同时具有良好光敏性及稳定性的近红外光探测器件。     

ITO/Rubrene表面及界面的AFM和XPS研究

采用原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱仪（XPS）研究了氧化铟锡（ITO）/红荧烯（Rubrene）的形貌和表面、界面的电子态。AFM结果显示,ITO上的Rubrene膜有良好的均匀性。XPS结果表明:C1s谱有3个峰,位于282.50,284.70,289.30 eV,对应于C-Si、C O和C-C键。用氩离子束溅射表面,芳香碳对应的峰值逐渐增大,其他两个峰值迅速消失。随着表面O污染的去除,O1s峰先快速减弱然后逐渐增强。界面附近的O原子与C原子结合构成O C、C-O-C和醛基。In3d和Sn3d峰则缓慢增强,在界面附近峰值变得稳定。C1s、In3d、Sn3d谱峰都向低束缚能发生化学位移,表明ITO与Rubrene在界面发生了相互作用,形成一个互扩散层。     

基于PTCDA的有机/无机光敏二极管结构优化

以p型硅和苝四甲酸二酐 （perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride,PTCDA）为异质结,梳状金（Au）薄膜作为顶电极和光入射窗口制备了光敏二极管。研究表明,PTCDA的厚度和Au电极的厚度对光敏二极管的光响应度有很大的影响。对比不同PTCDA厚度的器件性能,在PTCDA厚度为100 nm时,光响应度最高达到0.3 A/W。进而采用最优化的100 nm厚的PTCDA薄膜制备硅基光敏二极管,对比不同Au电极厚度的器件性能。在Au厚度为20 nm时,器件的光响应度达到最优化的0.5 A/W。     

有机场效应晶体管的非线性注入模型

有机场效应晶体管(Organic field effect transistor,OFET)的非线性特性是指其输出特性曲线在较低的漏极电压下出现类似于二极管的电压电流特性曲线,这种现象在有机场效应晶体管的实验研究中极为常见。Simonetti等通过引入随栅极电压变化的迁移率提出了模型并成功解释了这一现象,但实验中从器件转移特性得出的迁移率通常与栅极电压无关。本文通过引入常数迁移率对该模型进行改进,运用改进的模型研究了影响OFET非线性特性的主要因素,并对如何更加准确地获得器件参数进行了探究。