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有机发光器件性能优化及激子扩散问题研究

周叶春  
【摘要】: 本文工作主要围绕有机发光器件展开,主要分为两大方面:1)优化薄膜结构,提高器件性能;2)深入研究激子在有机薄膜中的扩散问题。具体包括对以下四个问题的研究: 1.高对比度OLED。制备了具有低反射率阴极(Black Cathode TM)的OLED器件,可以实现器件在工作时的高对比度。该阴极由半透明金属层、介质层、金属层构成。文中选用Al掺杂的Alq_3作为介质层,器件对环境光的反射率大大降低,在合适的掺杂比例下(体积比1:5),仅为13%。选用该介质层的优点在于:1)采用热蒸发方式制备,避免使用溅射方法,基本消除制备过程中对发光层分子的破坏;2)虽然低反阴极的引入增加了器件厚度约70%,但整个器件的电学性能几乎保持不变,例如1 mA时驱动电压仅增加了0.26V。从SEM照片可以看到,在掺杂层中,Al形成了一些纳米颗粒,而导电性的提高应归因于Al和氧化铝纳米颗粒。 2.空穴传输层厚度研究。本文研究发现,在所研究的掺杂器件中,NPB的最佳厚度约为12 nm,远远小于常用的空穴传输层厚度(约40 nm)。最佳厚度的差别可以归因于电子容易陷在DCM掺杂分子上形成空间电荷区域。文中提出了空间电荷导致能带弯曲影响电荷注入的模型,可以解释实验中观察到的器件效率和发光光谱随NPB层厚度而变化的规律。当NPB厚度超过5 nm后,器件效率随NPB厚度继续增加主要可以归因于NPB对电子的阻挡作用。 3.单线态激子扩散研究。讨论了一维扩散方程所用边界条件“有机-真空界面激子流为零”在薄膜厚度与激子扩散长度可比拟时所带来的较大误差。本文采用蒙特卡罗模拟的方法计算了激子在有机薄膜中的扩散过程,模拟结果很好地符合了原位光致方法测量的PL强度-Alq_3厚度关系,并得到在Alq_3中单线态激子扩散长度为26nm(三维),等效于一维情况下的15nm。该结果与模拟中所假设的分子大小无关。另外,进一步模拟了OLED工作时其中的激子浓度分布。 4.三线态激子扩散研究。三线态主体材料(Host)通过将激子能量转移给客体分子(Guest),达到较高的发光效率。由于通常主体材料本身不发光,所以荧光材料中常用的原位光致发光方法(in situ Photoluminescence)不能用来测量其三线态激子的扩散长度。与光电流方法(Photo Current Spectra)相比,采用高磷光发光效率的三线态客体材料作为探测层(Sensing Layer)来研究主体材料中三线态激子的扩散行为,涉及的相关物理过程较少,容易建立模型并得出精确的结果。在以前的研究中,研究者通常采用简单的一层模型,忽略了掺杂分子对主体材料中三线态激子扩散产生的影响。在本文中,通过分析掺杂层对激子扩散的影响,建立双层模型,以系统地描述激子在主体材料层和掺杂层中的浓度分布。利用这个模型,可以得到常用的主体材料CBP中的三线态激子扩散长度为61.4 nm、常用的掺杂层Ir(ppy)_3:CBP中的三线态激子扩散长度为6.8 nm。


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