导电聚合物作为连接层的叠层电致发光器件
发布时间：2020-12-13 10:58
有机电致发光器件（OLED）因具有全固态、主动发光、高色域、视角宽、非常轻薄和可折叠卷曲等优点,被认为是可取代液晶显示的技术之一.但是,由于这种器件使用的有机材料很容易与空气中的水和氧气发生反应,并且其玻璃化温度比较低,导致器件稳定性和效率比较低.因此通过某种方式提高器件的电流效率、减少器件的发热功耗,降低器件的运行电流,具有非常重要的意义.叠层（Stacked）器件结构技术是实现低电流、高效率OLED的一种有效途径.但是,如何利用简单的方法制作高效的叠层器件连接层,使电流高效地通过器件,是研制这种器件的重要挑战.本文利用PEDOT:PSS作为器件连接层,成功制备出结构为ITO/PEDOT:PSS （15 nm）/PFO（80 nm）/PEDOT:PSS （40 nm）/PFO （80 nm）/Al （70 nm）的叠层有机电致发光器件.通过研究叠层器件的电流-电压特性、电压-亮度特性和电流-效率特性发现,在未做任何特别优化的条件下,该叠层器件的启亮电压为12.3 V,启亮电流为1.39μA.电流效率（3.97 cd/A）是单层对比器件电流效率的8倍.更为重要的是,这种PEDOT:PS...
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
(网络版彩图)器件使用的有机材料(PEDOT?PSS和PFO)分子结构式和器件结构示意图
图1(网络版彩图)器件使用的有机材料(PEDOT?PSS和PFO)分子结构式和器件结构示意图器件B的连接层是PEDOT?PSS(分子结构式如图1所示)薄膜.PEDOT?PSS是由PEDOT和PSS两种有机物构成,是一种聚合物高分子的水溶混合液,导电率特别高[22].PEDOT是由EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩单体)聚合而成,这种有机材料化学结构异常特殊,乙烯二氧基被引入到其噻吩环3,4位上,这既可高效阻断EDOT单体聚合时噻吩环上Cβ-Cα的异常铰连[23],使这种聚合物分子链整体变得更加整齐和有序排列,又会增大其噻吩环上的有效电子载流子数目(态密度).结合电化学相关原理,这就可以降低聚合物单体的分子的氧化掺杂电位势和氧化电位势,使其掺杂状态的聚合物导电性进一步稳定.聚苯乙烯磺酸PSS,在PEDOT?PSS光电薄膜中,它有两个方面的重要功能:(1)作为一种特殊的平衡离子,可以使PEDOT主链上电荷态密度保持平衡;(2)PSS的亲水基功能团使PEDOT更好地分散在水溶剂中,在PEDOT?PSS的薄膜结构中,多个PEDOT短链掺杂于长链的PSS分子之间,并在PEDOT?PSS交叠的核外层产生一层比较薄的PSS包裹功能层[24].
众所周知,要利用旋涂成膜的工艺方法制作叠层有机电致发光器件的连接层,连接层一定不能对已经沉积的有机薄膜层造成破坏.PEDOT?PSS是水溶液,恰好满足了这个苛刻条件.水溶液不会对已经沉积的有机薄膜层溶解,因此不会造成任何破坏.图3是器件A和B的电流-效率曲线.在电流密度为0.8 mA时,器件A和B的电流效率分别是0.51和3.97 cd/A.器件B的效率是器件A的8倍.与器件A相比,为什么器件B的效率如此之高?原因有如下几方面.第一,PEDOT?PSS薄膜的导电性能与结构有序度、共轭链长度、微观结构形貌及掺杂等密切相关.由于自身结构的优势,EDOT只能在2,5位聚合,因而其结构有序度得到了较好解决.但是,没有掺杂的EDOT聚合时形成的聚合产物PEDOT很容易团聚,而且这种本征态结构会阻碍载流子的传输[23].掺杂剂PSS的引入使噻吩上的硫与掺杂剂相接,因为亲水性官能团的相互作用,使PEDOT长链能较好的打开,改变了PEDOT的价态从而利于载流子的输运.从掺杂过程来看,PEDOT?PSS水溶液的形成过程即为一种释放电子的p型掺杂过程.根据孤子理论,掺杂的结果是增加了聚合物体系中载流子数量,因此大大提高了聚合物的导电性能.如图4所示,我们用原子力显微镜(AFM)技术检测连接层PEDOT?PSS薄膜发现,PED-OT?PSS并不是溶解于水中,而是生成了易于分散在水中的纳米胶体.当纳米粒子的粒径较大时,薄膜的电导率可达80 S/cm[24].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Simultaneous enhancement of efficiency and stability of OLEDs with thermally activated delayed fluorescence materials by modifying carbazoles with peripheral groups[J]. Yunge Zhang,Dongdong Zhang,Taiju Tsuboi,Yong Qiu,Lian Duan. Science China(Chemistry). 2019(03)
[2]氯化钠作为阴极缓冲层的有机电致发光器件[J]. 牛连斌,关云霞. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(12)
[3]利用瞬态荧光技术研究单重态激子裂变的温度依赖关系[J]. 周亮,田晓语,孟妍,陈茜,张勇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(06)
博士论文
[1]PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究[D]. 李蛟.中国海洋大学 2010
本文编号：2914439
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
(网络版彩图)器件使用的有机材料(PEDOT?PSS和PFO)分子结构式和器件结构示意图
图1(网络版彩图)器件使用的有机材料(PEDOT?PSS和PFO)分子结构式和器件结构示意图器件B的连接层是PEDOT?PSS(分子结构式如图1所示)薄膜.PEDOT?PSS是由PEDOT和PSS两种有机物构成,是一种聚合物高分子的水溶混合液,导电率特别高[22].PEDOT是由EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩单体)聚合而成,这种有机材料化学结构异常特殊,乙烯二氧基被引入到其噻吩环3,4位上,这既可高效阻断EDOT单体聚合时噻吩环上Cβ-Cα的异常铰连[23],使这种聚合物分子链整体变得更加整齐和有序排列,又会增大其噻吩环上的有效电子载流子数目(态密度).结合电化学相关原理,这就可以降低聚合物单体的分子的氧化掺杂电位势和氧化电位势,使其掺杂状态的聚合物导电性进一步稳定.聚苯乙烯磺酸PSS,在PEDOT?PSS光电薄膜中,它有两个方面的重要功能:(1)作为一种特殊的平衡离子,可以使PEDOT主链上电荷态密度保持平衡;(2)PSS的亲水基功能团使PEDOT更好地分散在水溶剂中,在PEDOT?PSS的薄膜结构中,多个PEDOT短链掺杂于长链的PSS分子之间,并在PEDOT?PSS交叠的核外层产生一层比较薄的PSS包裹功能层[24].
众所周知,要利用旋涂成膜的工艺方法制作叠层有机电致发光器件的连接层,连接层一定不能对已经沉积的有机薄膜层造成破坏.PEDOT?PSS是水溶液,恰好满足了这个苛刻条件.水溶液不会对已经沉积的有机薄膜层溶解,因此不会造成任何破坏.图3是器件A和B的电流-效率曲线.在电流密度为0.8 mA时,器件A和B的电流效率分别是0.51和3.97 cd/A.器件B的效率是器件A的8倍.与器件A相比,为什么器件B的效率如此之高?原因有如下几方面.第一,PEDOT?PSS薄膜的导电性能与结构有序度、共轭链长度、微观结构形貌及掺杂等密切相关.由于自身结构的优势,EDOT只能在2,5位聚合,因而其结构有序度得到了较好解决.但是,没有掺杂的EDOT聚合时形成的聚合产物PEDOT很容易团聚,而且这种本征态结构会阻碍载流子的传输[23].掺杂剂PSS的引入使噻吩上的硫与掺杂剂相接,因为亲水性官能团的相互作用,使PEDOT长链能较好的打开,改变了PEDOT的价态从而利于载流子的输运.从掺杂过程来看,PEDOT?PSS水溶液的形成过程即为一种释放电子的p型掺杂过程.根据孤子理论,掺杂的结果是增加了聚合物体系中载流子数量,因此大大提高了聚合物的导电性能.如图4所示,我们用原子力显微镜(AFM)技术检测连接层PEDOT?PSS薄膜发现,PED-OT?PSS并不是溶解于水中,而是生成了易于分散在水中的纳米胶体.当纳米粒子的粒径较大时,薄膜的电导率可达80 S/cm[24].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Simultaneous enhancement of efficiency and stability of OLEDs with thermally activated delayed fluorescence materials by modifying carbazoles with peripheral groups[J]. Yunge Zhang,Dongdong Zhang,Taiju Tsuboi,Yong Qiu,Lian Duan. Science China(Chemistry). 2019(03)
[2]氯化钠作为阴极缓冲层的有机电致发光器件[J]. 牛连斌,关云霞. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(12)
[3]利用瞬态荧光技术研究单重态激子裂变的温度依赖关系[J]. 周亮,田晓语,孟妍,陈茜,张勇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2017(06)
博士论文
[1]PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究[D]. 李蛟.中国海洋大学 2010
本文编号：2914439
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