不同密度银纳米粒子对氧化锌基发光二极管发光的增强

采用分子束外延法制备不同密度的银纳米粒子(AgNPs)修饰的局域表面等离子体共振增强n-ZnO/iZnO/MgO/p-GaN异质结发光二极管(LEDs),并对其电学及光学性质进行表征。结果显示:LEDs中引入适当浓度的AgNPs有利于AgNPs局域表面等离子体激元与ZnO激子相耦合,可以显著提高器件的电致发光性能;随着AgNPs浓度的增加,LEDs发光增强倍数先增大后减小,分析认为这是AgNPs局域表面等离子体共振耦合增强过程和AgNPs的消光过程两者之间相互博弈而导致的结果。     

利用Ag@SiO_2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究

金属纳米粒子利用其局域表面等离子体共振效应(LSPR),可以增强附近荧光分子的自发辐射速率,因而在光学传感、光电器件等领域中具有潜在的应用价值.金属纳米粒子的LSPR与其自身的材料、形状、尺寸以及周围环境介质密切相关,这影响着纳米粒子在具体器件中的应用.本文利用三维时域有限差分法,研究了相同体积的球形、椭球形、立方形与三棱柱形银纳米粒子对薄膜发光二极管辐射功率的影响;计算了不同形状银纳米粒子对偶极子光源辐射功率和薄膜器件光出射强度的增强,并结合LSPR效应讨论了辐射功率变化的物理机理.研究结果表明:银纳米粒子自身形状尖锐程度的增加有利于提高LSPR的共振强度;同时纳米粒子的形状影响了LSPR共振电场与薄膜器件中偶极子辐射电场之间的耦合作用,其中立方形纳米粒子因为能实现最强的耦合作用而对器件的辐射功率增强最大.在此基础上进一步讨论了不同薄膜材料对LSPR共振及光源辐射功率的影响,发现较高的材料折射率有利于增强金属纳米粒子的LSPR与器件的耦合作用,从而改善发光二极管性能.     

利用发光层梯度掺杂改善顶发射白光有机发光二极管光谱的稳定性

在具有顶发射结构的白光有机发光二极管(TWOLED)中, 稳定的纯白光比较难以实现. 本文在蓝光/红光/蓝光三发光层基础上, 进一步采用了红光层梯度掺杂的方式提高TWOLED的性能. 制备了一系列的梯度掺杂器件, 通过与均匀掺杂器件的对比, 详细分析了梯度掺杂对发光层中载流子漂移以及激子扩散的影响, 解释了白光稳定性提高的物理机理. 此外, 顶发射器件中的微腔效应也是影响白光光谱的一个重要因素, 本文利用微腔理论计算分析了微腔共振对器件光谱的影响.     

金属纳米颗粒对有机太阳能电池光吸收效率影响的研究

借助时域有限差分法,对几种常见金属纳米颗粒影响有机太阳能电池光吸收效率的因素及其内部物理机制进行了研究.首先对金属纳米颗粒激发局域表面等离子共振的场分布特点进行分析,对比其在电池不同功能层中对光吸收率的影响;其次基于米氏理论与电共振效应,得出金属纳米颗粒的结构参量对局域表面等离子共振位置及强度的影响规律,并以此进行优化设计.结果表明,具有高对称性形貌的金属纳米颗粒以小尺寸密堆积结构引入电池活性层,能够促进电池光吸收增强三倍以上.     

金属纳米颗粒对有机太阳能电池光吸收效率影响的研究

借助时域有限差分法,对几种常见金属纳米颗粒影响有机太阳能电池光吸收效率的因素及其内部物理机制进行了研究.首先对金属纳米颗粒激发局域表面等离子共振的场分布特点进行分析,对比其在电池不同功能层中对光吸收率的影响;其次基于米氏理论与电共振效应,得出金属纳米颗粒的结构参量对局域表面等离子共振位置及强度的影响规律,并以此进行优化设计.结果表明,具有高对称性形貌的金属纳米颗粒以小尺寸密堆积结构引入电池活性层,能够促进电池光吸收增强三倍以上.     

金纳米四面体增强有机太阳电池光吸收及光伏性能研究

为增强有机太阳能电池的光利用率,提高能量转换效率,本文合成了金四面体形状的纳米粒子,并用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)包裹形成了核壳结构的金纳米四面体(Au@PSS tetrahedra NPs).将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处,利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收,从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明:掺杂浓度为6%时,器件性能最佳,能量转换效率达到3.08%; PSS壳层厚度优化为2.5 nm时,转换效率达到3.65%,较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内,纳米粒子的共振促进了给体的吸收,同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移,上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.     

银纳米片等离子体效应增强有机太阳能电池及其性能优化研究

将银纳米片引入有机太阳能电池,增强了器件的光吸收及光电转换效率。制备得到了具有不同等离子共振吸收特性的银纳米片。当银纳米片的等离子共振吸收与活性层的吸收相匹配时,器件的光电流显著增强。通过改变银纳米片与活性层之间的距离,研究了等离子体共振增强电磁场的传递特性。两者的距离越近则耦合入活性层的电磁场越强,器件的光电流越高。经优化后,以P3HT∶PCBM为活性层的有机太阳能电池的光电转换效率由3.04%增长到3.82%,提高了26%。     

金属纳米颗粒双圆环阵列的表面格点共振效应

由金属纳米粒子构成的周期性规则阵列,可以通过粒子间的耦合来激发表面格点共振效应,从而极大压缩单粒子的局域表面等离子体共振效应的线宽.本文将该表面格点共振效应从二维周期性结构推广到轴对称的圆环结构中,提出了双圆环金属纳米粒子阵列结构的电磁响应模型.在此基础上,得到了双圆环阵列发生表面格点共振效应的条件,并发现当阵列结构参数满足特定条件时,该阵列的所有偶极子分量会发生集体共振效应,从而获得极高的近场增强因子.     

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).     

金属复合纳米粒子的局域表面等离子体特性研究

提出了一种在银层上面覆盖一层金的四棱台复合纳米结构。采用离散偶极子近似(DDA)方法,针对光激发复合金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)进行研究,讨论了四棱台纳米粒子金银复合结构在不同尺寸、不同混合比等条件下的消光特性及折射率灵敏度。计算结果显示,在银层厚度为50 nm的四棱台纳米粒子上覆盖金层,其折射率灵敏度不变。同时,四棱台银纳米粒子厚度的增加会使其消光峰值波长蓝移。金材料比例的增加会使金银复合纳米结构的消光峰值波长红移。当金银复合结构的纳米粒子的厚度大于自由电子的平均自由程时,其局域表面等离子体激发强度不发生变化。     

一种高电流密度下效率不降低的绿光有机电致发光器件

为了提高有机电致发光器件(OLED)在高电流密度下的发光效率, 在以C545T掺杂Alq₃为发光层的有机小分子绿光器件中的发光层与电子传输层之间插入超薄LiF绝缘层.结果表明, 器件的外量子效率随着电流密度的增加始终没有降低, 直至600 mA/cm²时达到最大值 4.79%, 是相同电流密度下的参考器件的外量子效率的7倍.     

效率增强的新型蓝色有机发光器件

使用一种新型空穴传输材料J003制备了不同结构、不同发光层厚度的两组蓝色发光器件,其结构为:ITO/CuPc/J003/JBEM:perylene/Al_q3/LiF/Al和ITO/CuPc/J003/JBEM:perylene/TPBi/Al_q3/LiF/Al,这里CuPc(Copper phthalocyanine)和LiF分别为空穴注入层(HIL)和电子注入层(EIL),J003为空穴传输层(HTL),JBEM(9,10-bis(3,5'-diaryl)phenylylanthracene)为发光层(EML),TPBj(1,3,5-tri(phenyl-2-benzimidazole)-benzene)为空穴阻挡层(HBL),Al_q3(tris(8-quinolinolato)aluminium complex)为电子传输层(ETL).两种结构中前者为无阻挡层的普通型结构,后者在发光层和电子传输层中加入了空穴阻挡层,是新型阻挡层结构.研究了空穴阻挡层的引入在不同厚度发光层时对器件发光性能的影响,结果表明,新型阻挡层结构能明显提高器件的亮度和效率,但依赖于发光层厚度,利用能级图分析了其中的原因.     

Exciplex formation and electroluminescent absorption in ultraviolet organic light-emitting diodes

We investigated the formation of exciplex and electroluminescent absorption in ultraviolet organic light-emitting diodes(UV OLEDs) using different heterojunction structures.It is found that an energy barrier of over 0.3 eV between the emissive layer(EML) and adjacent transport layer facilitates exciplex formation.The electron blocking layer effectively confines electrons in the EML,which contributes to pure UV emission and enhances efficiency.The change in EML thickness generates tunable UV emission from 376 nm to 406 nm.In addition,the UV emission excites low-energy organic function layers and produces photoluminescent emission.In UV OLED,avoiding the exciplex formation and averting light absorption can effectively improve the purity and efficiency.A maximum external quantum efficiency of 1.2%with a UV emission peak of 376 nm is realized.     

低效率滚降、发光颜色稳定的磷光白色有机电致发光器件

本文采用多发光层结构,制备了高亮度下具有高发光效率,同时在较宽亮度范围内发光颜色稳定的白色磷光有机电致发光器件(WOLED).在对双发光层结构磷光OLEDs的发光机制和载流子传输过程进行系统研究的基础上,将两种磷光OLEDs的发光层结构相结合,获得的多发光层结构磷光WOLED最大电流效率和外量子效率分别为34.6 cd/A和13.5%;当亮度为1000 cd/m^2时,其电流效率和外量子效率分别为33.9 cd/A和13.3%,外量子效率滚降仅为1.5%;亮度从1000 cd/m^2增至10000 cd/m^2的过程中,其CIE色度坐标从(0.342,0.403)变化至(0.326,0.392),变化量ΔCIE为(0.016,0.011).     

利用电子传输层掺杂改善有机发光器件的效率

利用BCP掺杂到电子传输层Alq中,在掺杂层中阻挡了空穴的迁移,调整了空穴和电子的平衡,将激子有效地限制在发光层中发光,从而增加有机电致发光器件的效率.器件的最大电流效率在外加电压9 V时达到4.1 cd/A(掺杂浓度8%时),与一般未掺杂器件相比效率提高了2倍多.同时也减少空穴到达阴极,而减少发光淬灭.     

Solution-processed white organic light-emitting devices based on small-molecule materials

We investigated solution-processed films of 4,4′-bis(2,2-diphenylvinyl)-1,1′-bibenyl (DPVBi) and its blends with N,N′-bis(3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine (TPD) by atomic force microscopy (AFM). The AFM result shows that the solution-processed films are pin-free and their morphology is smooth enough to be used in OLEDs. We have developed a solution-processed white organic light-emitting device (WOLEDs) based on small-molecules, in which the light-emitting layer (EML) was formed by spin-coating the solution of small-molecules on top of the solution-processed hole-transporting layer. This WOLEDs, in which the EML consists of co-host (DPVBi and TPD), the blue dopant (4,4′-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl) and the yellow dye (5,6,11,12-tetraphenylnaphtacene), has a current efficiency of 6.0 cd/A at a practical luminance of 1000 cd/m², a maximum luminance of 22500 cd/m², and its color coordinates are quite stable. Our research shows a possible approach to achieve efficient and low-cost small-molecule-based WOLEDs, which avoids the complexities of the co-evaporation process of multiple dopants and host materials in vacuum depositions.     

NPB厚度对异质结OLED载流子复合区域的调控

通过调控p型半导体N,N′-bis(naphthalen-1-y)-N,N′-bis(phenyl)benzidine(NPB)层的厚度,制备了结构为ITO/NPB/aluminum(Ⅲ)bis(2-methyl-8-quinolinato)-4-phenylphenolate(BAlq)/NPB(0~18nm)/tri-(8-hydroxyquinoline)-aluminum(Alq₃)/Mg:Ag的多层有机电致发光器件.分析结果表明,在该类异质结器件中,NPB不仅可以作为空穴传输材料,在适当的厚度范围内,它还可以起到调控载流子复合区域的作用;当NPB厚度在0~18nm之间变化时,随着其厚度增加器件发光颜色可由蓝色变为绿色.通过器件发光光谱的表征可以得知,器件的载流子复合区域相应地由BAlq层转移至Alq₃层.     

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。     

Realization of high-performance blue organic light-emitting diodes using multi-emissive layers

High-performance blue organic light-emitting diodes （OLEDs） are developed. A concept of using multiple-emissive layer （EML） configuration is adopted. In this letter, bis（2-methyl-8-quinolinolate）-4- （phenylphenolato）A1 （BAlq） and 9,10-di（naphtha-2-yl）anthracene （ADN）, which serve n- and p-type EMLs, respectively, are used to evaluate and demonstrate the multi-EML concept for blue OLEDs. The thickness effect of individual EMLs and the number of EMLs, e.g., triple and quadruple EML components, on the power efficiency of blue OLEDs are systematically investigated. To illustrate the point, the total thickness of the emissive region in different blue OLEDs are kept contact at 30 nm for comparison. The power efficiency of blue OLEDs with a quadruple EML structure of BAlq/ADN/BAlq/ADN is about 40% higher than that of blue OLEDs having a single EML unit. The Commission Internationale deL＇eclairage color coordinates of multi-EML OLEDs have values that represent the average of blue emissions from individual EMLs of BAlq and ADN.     

DPVBi空穴阻挡层对OLED性能的优化

研究了宽带隙有机小分子材料DPVBi作为空穴阻挡层对OLED器件效率和亮度的优化作用.DPVBi的引入有效地改善了以PEDOT:PSS做空穴注入层的OLED器件的空穴过剩问题.实验结果表明:通过优化DPVBi的厚度,插入30 nm厚的DPVBi空穴阻拦层可以有效地平衡OLED器件的电子和空穴浓度,降低器件的工作电压,优...