基于混合空穴注入层的湿法制备高效蓝光热激活延迟有机发光二极管

在溶液法制备有机电致发光器件(OLEDs)的研究中, PEDOT∶PSS由于具有较好的成膜性与高透光性而常被用作器件的空穴注入层。但相关研究表明, PEDOT∶PSS本身稳定性较差以及功函数较低,这使得溶液法制备OLEDs的性能差且不稳定。蓝色作为全彩色的三基色之一,制备高效的蓝光器件对于实现高质量显示器件和固态照明装置必不可少。而目前溶液法制备蓝光OLEDs的器件效率普遍较差,针对此问题,本文利用传统的蓝光热激活延迟荧光发光(TADF)材料DMAC-DPS作为发光层,用溶液法制备了蓝光TADF OLEDs,通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备混合空穴注入层(mix-HIL)来提高空穴注入层的功函数,研究其对于蓝光TADF OLEDs器件性能的影响。首先在PEDOT∶PSS水溶液中掺入不同体积的PSS-Na溶液,在相同条件下旋涂制膜,进行器件制备。通过观测各个实验组器件的电致发光(EL)光谱,发现掺入PSS-Na后器件EL谱存在光谱蓝移的现象,这是由于掺入PSS-Na水溶液后, mix-HIL层的厚度有所降低,使得在微腔效应作用下, EL光谱发生蓝移。通过对比各组器件的电流密度-电压-亮度(J-V-L)曲线及其计算所得器件的电流效率,结果显示随着PSS-Na的掺入,器件的亮度和电流都有所增大,器件的电流效率也得到了提升,当掺杂比例为0.5∶0.5(PEDOT∶PSS/PSS-Na)时提升幅度最大(亮度提升86.7%,电流效率提升34.3%)。通过在瞬态电致发光测试过程中施加或撤去驱动电压观测了器件EL强度的变化,分析了在混合空穴注入层/发光层(mix-HIL/EML)界面处的电荷积累情况。实验证明,通过在PEDOT∶PSS中掺杂PSS-Na制备mix-HIL获得了蓝光TADF OLEDs器件性能的提升,这是一个获得高效率溶液法制备OLEDs的可行方法。     

TADF激基复合物主体材料提升溶液法制备蓝色荧光有机发光二极管的效率

为了提升溶液法制备的蓝色荧光有机发光二极管(OLEDs)的效率,采用了基于热激活延迟发光(TADF)的激基复合物作为主体材料。TADF激基复合物主体可以利用反向系间窜跃上转换形成单线态激子并将能量传递到客体,从而可以同时利用发光层中的三线态激子和单线态激子,以提升蓝色荧光器件的效率。选择蓝色荧光材料1-4-Di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene(DSA-ph)作为客体发光材料,4,4′,4″-T-ris(carbazol-9-yl)triphenylamine(TCTA)掺杂1,3,5-Tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)(TPBi)作为热激活延迟荧光激基复合物主体,通过溶液法制备了蓝色荧光OLEDs。通过测试TCTA,TPBi以及TCTA掺杂TPBi的光致发光光谱发现,与TCTA和TPBi相比,TCTA掺杂TPBi的光致发光谱(PL)发生了明显的红移(峰值波长变为437 nm),而且光谱变宽,证明了TCTA∶TPBi激基复合物的形成。通过对于DSA-ph掺杂激基复合物主体的薄膜与DSA-ph掺杂poly(methyl methacrylate)(PMMA)的薄膜进行PL测试发现,两者发光峰相同,都是来自DSA-ph的发光,说明激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph;DSA-ph的吸收光谱与激基复合物主体的PL光谱存在很大重叠,说明激基复合物主体与DSA-ph的能量传递非常有效;通过对激基复合物主体掺杂不同浓度客体的薄膜进行瞬态PL衰减测试发现,与纯DSA-ph的寿命相比,DSA-ph掺杂激基复合物主体之后其寿命会延长,纯DSA-ph的寿命只有1.19 ns,DSA-ph掺杂激基复合物主体的荧光衰减曲线与激基复合物主体的荧光衰减曲线相似,这进一步证明了激基复合物主体将能量传递到了DSA-ph。研究了主体引入以及DSA-ph掺杂浓度对器件性能的影响。对于器件的亮度、电流密度、电压、电流效率、电致发光光谱等参数进行了测试,与不采用激基复合物主体的器件相比,采用激基复合物主体的器件性能明显改善,在DSA-ph掺杂浓度为10%时,器件亮度从2133.6 cd·m^-2提升到了3597.6 cd·m^-2,器件效率从1.44 cd·A-1提升到了3.15 cd·A-1,发光峰只有来自DSA-ph的发光。采用TADF激基复合物主体的方法有潜力实现溶液法制备的高效蓝色荧光OLEDs。     

高浓度敏化剂掺杂的NaYF4∶Yb3+,Er3+纳米材料的合成及发光性能研究

为了探究泵浦功率对不同浓度敏化剂离子掺杂的上转换材料发光特性的影响，采用溶剂热法，成功制备了不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒。首先对这种纳米晶体的结构和形貌进行了详细的分析，使用X射线粉末衍射仪和透射电子显微镜测试了制备的纳米晶体的结构和形貌。表征结果证明了制备的纳米颗粒均为结晶性良好、形状规则的六方相纳米晶体，随着Yb3+掺杂浓度的提高，纳米晶体的粒径有所增加。在此基础上，通过控制泵浦功率对不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的NaYF₄∶Yb3+, Er3+上转换纳米颗粒在980 nm激发光下的光致发光特性做了详细的研究。对于不同浓度敏化剂掺杂的样品，随着泵浦功率的提高，上转换发光的强度增强，这可以归因于高泵浦功率促进材料对激发光的吸收。上转换发光的红绿比也得到了提高, 值得注意的是, 在不同浓度敏化剂Yb3+掺杂的样品中，发光的红绿比改变的程度和可调谐的范围有所不同。为了深入的了解上转换发光机制，对不同浓度样品中可能发生的电子能量传递机制进行了讨论并提出假设，认为上转换发光过程中，不同浓度样品中红绿比变化程度的不同是发光离子组合之间的平均距离和包括多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递的非弛豫过程的综合作用。在低浓度敏化剂掺杂的样品中，由于掺杂浓度导致Yb3+和Er3+之间的平均距离较大，反向能量传递过程比较微弱。在非弛豫过程中，发生在同一发光中心Er3+上的多声子弛豫和相邻发光中心Er3+之间的交叉弛豫为主要过程。随着泵浦功率的提高，高能级的布居速率增加减弱了非辐射弛豫对发光的影响，材料的红绿比只有微弱的提高，绿光是上转换发光中的主要成分。随着掺杂浓度的提高，敏化剂离子Yb3+和激活剂离子Er3+之间的平均间距减小，反向能量传递过程得到增强，成为非辐射弛豫过程中的主要部分。由于泵浦功率增强而提高的高能级对上转换发光的贡献，通过相邻敏化剂和激活剂离子之间的反向能量传递过程得到迅速的衰减，使红光成为上转换发光中的主要成分。在980 nm的近红外光激发下，在不同浓度Yb3+掺杂的样品中存在不同侧重的非辐射弛豫过程, 由于多声子弛豫、交叉弛豫和反向能量传递共同作用，红绿比随着泵浦功率提高而增加。这种发光特性不但使得我们得到红光性能更好的上转换荧光材料，而且可以通过测定材料的红绿比来判定材料的掺杂浓度。经过进一步的设计和修饰，这种纳米材料很有潜力作为一种多功能光动力治疗纳米平台在生物检测领域中得到应用。不同浓度样品中可能发生的电子能量转移过程的提出，有利于对上转换发光机理的了解和稀土发光离子组合的设计和优化。     

Performance improvement of MEH-PPV:PCBM solar cells using bathocuproine and bathophenanthroline as the buffer layers

In this work, bathocuproine (BCP) and bathophenanthroline (Bphen), commonly used in small-molecule organic solar cells (OSCs), are adopted as the buffer layers to improve the performance of the polymer solar cells (PSCs) based on poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene) (MEH-PPV): [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) bulk heterojunction. By inserting BCP or Bphen between the active layer and the top cathode, all the performance parameters are dramatically improved. The power conversion efficiency is increased by about 70% and 120% with 5-nm BCP and 12-nm Bphen layers, respectively, when compared with that of the devices without any buffer layer. The performance enhancement is attributed to BCP or Bphen (i) increasing the optical field, and hence the absorption in the active layer, (ii) effectively blocking the excitons generated in MEH-PPV from quenching at organic/aluminum (Al) interface due to the large band-gap of BCP or Bphen, which results in a significant reduction in series resistance (Rs), and (iii) preventing damage to the active layer during the metal deposition. Compared with the traditional device using LiF as the buffer layer, the BCP-based devices show a comparable efficiency, while the Bphen-based devices show a much larger efficiency. This is due to the higher electron mobility in Bphen than that in BCP, which facilitates the electron transport and extraction through the buffer layer to the cathode.     

采用瞬态电致发光研究磷光掺杂体系发光瞬时过冲的发射机理

掺杂型有机电致发光器件中载流子累积、载流子复合等物理过程的深入了解对提高器件效率和稳定性有重要作用。通过瞬态电致发光测量可以研究掺杂型有机电致发光器件内部载流子累积。对结构为:ITO/NPB(30 nm)/host:Ir(ppy)_3/BCP(10 nm)/Alq_3(20 nm)/LiF(0.7nm)/Al(100 nm)的器件分别研究主体材料以及客体掺杂浓度变化对有机掺杂型器件瞬态发光行为的影响。实验发现,当单脉冲驱动电压关闭后,只有TAZ:Ir(ppy)_3掺杂器件出现发光瞬时过冲现象,即发光强度衰减到一定时间时突然增强;且随着客体掺杂浓度的增加,瞬时过冲强度逐渐增强。通过分析TAZ:Ir(ppy)_3掺杂器件的瞬时过冲强度对主体材料与掺杂浓度的依赖关系,进一步发现,瞬时过冲效应强度主要受限于发光层内部积累的电子载流子;TAZ:Ir(ppy)_3发光层内电子容易被客体材料分子俘获并积累,电场突变时陷阱电子容易跳跃到主体材料上并与主体材料上积累的空穴形成激子,激子能量传递到客体材料上并复合发光继而出现发光强度的瞬时过冲现象。研究发光瞬时过冲行为可探究器件发光层内的载流子和激子的动态行为,有利于指导器件的设计,从而减少积累电荷的影响,提高器件的性能。     

不同加速层材料对固态阴极射线发光的影响

在固态阴极射线发光中,过热电子碰撞激发有机材料而发光,因此加速层对电子的加速能力是影响器件发光亮度的关键因素之一.分别以SiO2和ZnO作为加速层.制备出两种固态阴极射线发光器件A:ITO/MEH-PPV/SiO2/Al和B:ITO/MEH-PPV/ZnO/Al.通过理论计算比较了电子从电极注入到加速层的隧穿电流密度以及SiO2层与ZnO层的电场强度,计算结果表明:在相同驱动电压下,SiO2作为电子加速层时隧穿电流的密度要大于ZnO层的隧穿电流的密度,并且SiO2层的电场强度比ZnO层的电场强度大.实验结果表明:SiO2作为加速层的器件的发光强度高于以ZnO为电子加速层器件的发光强度.     

两种主体材料中Ir(ppy)_3和Rubrene的能量传递特性

OLED技术被认为是最有可能取代液晶显示的全新技术,而OLED中的有机电致磷光器件是近年来的研究热点.有机电致磷光器件的发光层往往采用主客体掺杂体系,主客体分子内的能量传递是磷光发光体分子被激发的主要途径,因此选择吸收能量和传递能量好的主体材料是改进有机电致磷光器件性能的主要途径之一.文章分别以PVK和CBP作为主体材料,以磷光材料Ir(PPY)3和荧光材料Rubrene作为掺杂剂,制备了不同配比的器件,研究了主体材料和掺杂剂之间的能量传递特性.结果发现,这两种主体材料分别通过Ir(ppy)3向Rubrene传递能量是主要的能量传递机制,而且CBP作为主体时能量传递比PVK更充分.另外掺入Ir(ppy)3后的器件比不掺Ir(ppy)3的器件在相同电压下的光功率明显增强.当我们增加Ir(PPY)3的浓度时,相同电压下的光功率下降,浓度猝灭效应增强.     

低栅极电压控制下带有phenyltrimethoxysilane单分子自组装层的有机薄膜晶体管场效应特性研究

制作了底栅极顶接触有机薄膜晶体管器件，60 nm的pentacene被用作有源层，120 nm热生长的SiO₂作为栅极绝缘层.通过采用不同自组装修饰材料对器件的有源层与栅极绝缘层之间的界面进行修饰，如octadecyltrichlorosilane （OTS），phenyltrimethoxysilane （PhTMS），来比较界面修饰层对器件性能的影响.同时对带有PhTMS修饰层的OTFTs器件低栅极电压调制下的场效应行为及其载流子的传输机理进行研究.结果得到，当|V 关键词： 有机薄膜晶体管 自组装单分子层 场效应迁移率 低栅极调制电压     

基于在聚合物中掺杂染料DCJTB的白色有机电致发光器件

将Alq3和DCJTB作为掺杂物与基质PVK按照不同比例混合共溶,旋涂成膜,制备了PVK∶Alq3∶DCJTB为发光层的结构为ITO/PVK∶Alq3∶DCJTB/BCP/Alq3/LiF/Al的器件,其中Alq3和BCP分别用作电子传输层和空穴阻挡层,PVK用作蓝光发光层和空穴传输层。保持PVK和DCJTB的质量比为100∶1不变,改变PVK和Alq3的质量比,当PVK和Alq3的质量比为20∶1时,得到了效果较好的白光。器件在电压为14V时,色坐标达到(0.33,0.36),在10～14V范围内变化甚微。