MA_(0.6)Cs_(0.4)PbBr_3钙钛矿发光二极管瞬态电致发光研究

为研究钙钛矿材料的发光特性和机理,制备了稳定的MA_(0.6)Cs_(0.4)Pb Br_3钙钛矿发光二极管,通过瞬态电致发光测试,分析了器件在脉冲电压下的电流和发光曲线。MA_(0.6)Cs_(0.4)Pb Br_3发光二极管在恒定的电流密度10 m A·cm^(-2)下,亮度从最大值衰减至一半持续时间超过30 min,保证了瞬态测试的准确性。在0.1～20 ms脉宽测试中,器件发光效率随时间增加,断电后有反向电流;在5.5～8.0 V的脉冲幅值测试中,低电压的亮度最先达到饱和;在0～2.0 V基准电压测试中,高基准电压时亮度值更低。分析瞬态测试结果,发现离子迁移(MA^+,Br^-)导致钙钛矿层的界面附近发生能带弯曲,使得载流子注入减弱,同时抑制了激子的离化,提高了激子复合几率。

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。

利用瞬态电致发光方法研究有机电致发光器件内部电荷行为

利用自主搭建的瞬态电致发光测量系统,连续施加两个电压相同的矩形脉冲作为器件驱动电压并且两个矩形脉冲之间存在一定的时间间隔,通过测量器件的瞬态EL和瞬态电流,从而分析研究器件内部电荷存储行为和发光过程。之前的研究发现了m-MTDATA∶3TPYMB混合发光层是激基复合物的发光,并且发现了其较长延迟发光是因为空穴传输层和电子传输层内储存的电荷再复合造成的。制备了以m-MTDATA∶3TPYMB(1∶1)混合层作为发光层、m-MTDATA作为空穴传输层、3TPYMB作为电子传输层的一组器件,通过对器件瞬态EL的分析,发现在第二个脉冲驱动下器件的EL强度稳定值比第一驱动驱动下的EL强度稳定值大,且第二脉冲的EL强度稳定值与第一脉冲EL强度稳定值的比值随通过器件的电流增大而减小,实验还发现第二脉冲撤销时的延迟发光衰减速度要比第一脉冲撤销时的快,这是由于第二脉冲撤销时发光层内极化子(电荷)对激子的猝灭(TPQ)比较严重。

利用变温瞬态电致发光研究OLED载流子的输运机理

研究了不同温度下几种结构的有机电致发光器件(OLED)的瞬态电致发光响应特性以及电流密度-电压-亮度特性。研究发现,启亮电压随温度升高而减小的加速度在200 K时出现拐点,且这一数值主要由电子传输层Alq3的迁移率决定。当温度为200 K时,延迟时间td最重要的影响因素是Mo O3空穴注入势垒,随着温度的升高,Δtd逐渐减小,到300 K时基本消失。Vf代表光衰减时间随温度增长的平均速率。Mo O3注入层和电致发光材料Ir(ppy)3都会对载流子的堆积起促进作用。由Mo O3注入层不同引起的ΔVf是0.52μs/K,由电致发光材料Ir(ppy)3不同引起的ΔVf是0.73μs/K。

利用瞬态电致发光研究有机小分子发光器件中延迟荧光的发射机理

制备了两种基于Alq3的有机小分子发光器件,其结构分别为:ITO/NPB/Alq3/LiF/Al和ITO/NPB/Alq3:DCM/Alq3/LiF/Al.利用瞬态电致发光技术,研究了这两种发光器件中延迟荧光的发射机理.发现在Alq3的双层器件中,延迟荧光较弱,且主要是由电荷延迟注入所形成的单重态激子退激产生;而在Alq3:DCM染料掺杂器件中,延迟荧光较强.通过分析Alq3:DCM掺杂器件的延迟荧光对反偏压和脉冲偏压脉宽的依赖关系,进一步发现掺杂器件的延迟荧光主要来自于发光层中受陷电荷释放后的再复合过程以及DCM客体分子中的三重态-三重态激子淬灭(Triplet-Triplet Annihilation,TTA)过程.其中,TTA过程是Alq3:DCM掺杂器件中延迟荧光产生的主要机制.

基于MoO_(3)/ZnO无机电荷产生层的量子点电致发光器件

氧化锌(ZnO)作为一种优异的电子传输材料,广泛应用于高性能量子点电致发光器件(QLED)中。然而,由于ZnO层较高的电荷传输速率,导致器件中过多的电子注入,使得器件内部的载流子不平衡,降低了器件的效率。此外,ZnO的易潮解性质使得其与电极之间的接触容易受到外界环境(水分和氧气)影响,从而影响器件的存储稳定性,这在倒置结构的QLED中尤为明显。为解决上述问题,我们利用MoO_(3)/ZnO作为电荷产生层(CGL)来制备倒置结构的QLED。这一结构改善了器件的载流子不平衡问题,使得器件的最大电流效率从12.8 cd/A提升到了15.7 cd/A。此外,CGL无需有电极注入电荷,而是通过电场的作用产生电荷,注入到发光层中,这降低了电极界面对器件性能的影响,从而大大提高了器件的稳定性。

一种苯乙烯基喹啉衍生物的稳态和瞬态光电性质

苯乙烯和喹啉是有机荧光材料的常用官能基团,已经在有机发光二极管(OLED)中得到了应用.本文用一种苯乙烯基喹啉衍生物2,2'-(2,5-二甲氧基-1,4-苯二乙烯基)双-8-乙酰氧基喹啉(MPV-AQ)同时作为发光材料和电子传输材料,研究了它在OLED器件中的稳态和瞬态光电性质.研究发现,在基于N,N’-二(萘-1-基)-N,N'-二苯基-联苯胺(NPB)/MPV-AQ的双层OLED中,电子以Fowler-Nordheim(FN)隧穿的方式从阴极注入到MPV-AQ层,这与MPV-AQ单电子器件中电子以Richardson-Schottky(RS)热电子发射的注入方式完全不同.这种电子注入方式的差别,主要是由于MPV-AQ的电子迁移率较低,大量空穴在NPB/MPV-AQ界面处形成电荷积累,使得MPV-AQ层的能带发生了弯曲,造成阴极一侧的电子隧穿距离减小,从而导致了FN隧穿的发生.通过拟合稳态电流-电压特性得到了电子注入势垒为0.23 eV,通过瞬态电致发光的延迟时间计算得到MPV-AQ的电子迁移率在10^(-6) cm^(2)/(V·s)数量级,通过瞬态电致发光的衰减获得了复合系数,并发现复合系数随电压增大而减小,与这种发光器件的效率滚降规律一致.本研究为弄清OLED中载流子的注入、传输和复合等基本物理过程提供了基础,能够为提高器件性能提供有益的帮助.

深陷阱对有机磷光双掺杂体系电致发光器件效率衰退的影响

研究利用溶液法制备的有机磷光双重掺杂体系电致发光器件的光致发光特性与电致发光特性,并研究了在这种体系中深能级陷阱导致的器件效率衰退现象。首先利用紫外光谱仪和光致瞬态寿命测试系统对基于旋涂法制备的以宽带隙材料4,4’-bis(N-carbazolyl)-1,1’-biphenyl(CBP)为主体,绿色磷光材料tris(2-phenylpyridine) iridium(Ⅲ)(Ir(ppy)_3)和红色磷光材料tris(1-phenylisoquinolinato-C2,N)iridium(Ⅲ)(Ir(piq)_3)为客体材料的薄膜进行了光致发射光谱测试和薄膜在Ir(ppy)_3发光峰516 nm处的光致发光寿命测试,实验发现在Ir(ppy)_3掺杂比例保持定值时,随着深能级掺杂材料Ir(piq)_3的引入,其光致发光光谱中Ir(ppy)_3的相对发光强度减弱且发光寿命变短,当Ir(piq)_3掺杂浓度继续提高时,薄膜光致发光光谱基本保持不变且Ir(ppy)_3的发光寿命基本不变。实验说明在低浓度掺杂下两者的三线态能级之间存在着能量传递,但当掺杂浓度达到高浓度时,能量传递主要来自于主客体之间的传递,两者作为独立的发光中心发光。然后利用溶液法制备了发光层分别为CBP∶Ir(ppy)_3, CBP∶Ir(ppy)_3∶Ir(piq)_3和CBP∶Ir(ppy)_3∶PTB7的三组器件,器件结构为ITO/PEDOT∶PSS/Poly-TPD/EML/TPBi(15 nm)/Alq_3(25 nm)/LiF(0.6 nm)/Al(80 nm)。在Ir(ppy)_3和Ir(piq)_3共掺杂器件和Ir(ppy)_3单掺杂器件的对比实验中发现,加入一定比例的深能级材料后,器件的电致发光光谱发生改变, Ir(piq)_3的相对发光强度增强,器件发光效率下降且效率滚降现象明显。通过对器件进行J-V测试,发现在Ir(ppy)_3单掺杂器件中陷阱填充电流随着掺杂材料浓度的提高而提高,但在加入等浓度深能级材料Ir(piq)_3后,陷阱填充电流基本保持一致。瞬态电致发光测试表明,随着Ir(ppy)_3掺杂比例的提高,器件内由于陷阱载流子释放而产生的瞬时发光强度降低,这是由于Ir(ppy)_3具有一定的传导电荷作用,会减少器件中的陷阱载流子,这进一步说明了具有较深能级的Ir(piq)_3是限制载流子的主要能级陷阱。同时发现随反向偏压的增大,瞬态发光强度增大且发光衰减加速,这是因为位于深能级陷阱的载流子在高电压下被释放,重新复合发光,说明深能级陷阱的确限制住了大量载流子,而由于主体三线态激子具有较长的寿命,激子间相互作用产生的单线态激子在高反压下解离,从而引起三线态激子-极化子相互作用的加剧,导致发光衰减加速。在窄带隙聚合物材料PTB7与Ir(ppy)_3共掺杂器件实验中发现,随着PTB7掺杂浓度提高,陷阱浓度变大且器件效率降低,具有较深能级的PTB7成为了限制载流子的深能级陷阱。因此说明在双掺杂有机磷光电致发光器件中,深能级材料会成为限制载流子的能级陷阱,引起载流子大量堆积,从而导致三线态激子与极化子相互作用加剧,使器件的发光效率衰退。

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。

Rubrene分子间距对有机发光二极管中单重态激子裂变过程的调控

利用5，6，11，12-tetraphenylnaphthacene（Rubrene）中单重态激子分裂的性质（一个单重态激子（S）可以分裂成两个三重态激子（T），S→T＋T），本文制备了Rubrene与Bathocuproine（BCP）共混型有机发光二极管（OLEDs），测量了器件电致发光的磁效应（Magneto-Electroluminescence，MEL）及其瞬态电致发光光谱．实验发现，随着Rubrene分子间距的增大（掺杂浓度减小），单重态激子分裂强度逐渐变弱，即Rubrene分子间距对内部激子分裂有调控作用．该调控作用表现在两个方面：第一，MEL的高场上升幅度（-500mT处对应的值）随着掺杂浓度减小而下降，当浓度为20wt％时高场出现下降；第二，在～20mT处MEL的值随着掺杂浓度的减小从负变到正．此外，器件瞬态电致发光光谱在撤去脉冲电压后的快速下降部分在小掺杂浓度时下降变快．通过分析单重态激子分裂与Rubrene分子间距之间的关系，以及磁场对单重态激子分裂的影响，我们对该现象做了定性的讨论．

柔性量子点复合薄膜及其电致发光器件的弯折性能

近年来,可弯曲的柔性电子器件引起了人们广泛的关注,但器件的性能稳定性和弯折稳定性阻碍了其实际应用。本文通过对柔性量子点发光二极管(QLED)施加弯折作用力,着重探究QLED弯折前后功能薄膜及器件性能的变化。通过调控QLED的弯折曲率半径,测试得到薄膜参数和器件电学性能。利用有限元方法对不同弯折半径下的聚对二甲酸乙二醇酯-氧化铟锡(PET-ITO)复合透明电极进行分析,结果显示随着弯曲曲率半径的减小,ITO电极会出现更明显的应力集中现象。对其进行形貌表征和方阻测试表明过度弯折会使电极材料出现损伤,方块电阻增大。电导率测试结果表明弯折行为会减弱电荷的传导能力。利用瞬态电致发光光谱(TREL)技术对弯折前后的器件进行了表征,结果表明弯折曲率半径的减小,降低了电极上电荷传输的效率,同时较小的弯折曲率半径会导致内部缺陷的增加,降低器件内部载流子的注入与传输效率,对器件的性能造成影响。

热致活化延迟荧光分子的激发态动态特性研究

激子的动态特性是获得高效有机电玫发光器件(organic light-emitting diodes,OLED)重点研究内容之一,在本文中,基于热致活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence,TADF)材料制备了发光器件,分析了主客摻杂体系TADF OLED中主体和客体的相互作用。通过瞬态电致发光测量的方法,研究了单线态和三线态激子的动态特性,并阐明了TADF OLED器件在高电流下效率滚降的主要原因为深层陷阱电荷。

Transient photovoltage and photoluminescence study of exciton dissociation at indium tin oxide/pentacene interface

The exciton dissociation at ITO/pentacene interface is studied by means of transient photovoltage measurement.Opposite to ITO/NPB,ITO/CuPc or ITO/C60 interface where polarity change of transient photovoltage is observed,no interfacial dissociation is found at room temperature,which indicates a lack of Frenkel excitons in pentacene.Temperature-dependent photoluminescence (PL) is investigated.More like the behavior of inorganic semiconductors,the integrated PL intensity exhibits monotonic decrease with increasing temperature.A nonradiative path with characteristic activation energy of 8 meV is found to dominate at room temperature.The PL measurement also indicates that like in inorganic semiconductors,other types of excitation,for example,free carriers,could be responsible for the photoelectric processes.