英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
纳米粒子在聚合物OLED的增强作用
Selin Pıravadılı Mucur Tuuml;lay Aslı Tumay Sait Eren San Emine Tekin
摘要：为了解释银导体和TIO2半导体纳米粒子（NPS）在器件特性上的影响，拥有混合层的聚合物有机发光二极管被准备和检测。上述所提到的金属纳米粒子分别以不同浓度被嵌入到空穴传输层中[PEDOT-PSS超水分子水凝胶]和发射层[聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑] ]。P-OLED的制造通过溶液处理来获得。完整的设备特性，即电压电流、亮度、发光效率和电致发光谱都被确定并仔细分析以验证对器件物理特性的影响。银纳米粒子合成成功的制造出了直径大约是6纳米大小的颗粒。使用Ag/PEDOT:PSS和AG/MEH-PPV纳米复合层制造P-OLED可以使器件的效率提高45%。此外，含有TIO 2纳米颗粒的有机层的混合对阈值和导通电压有所提高。另一方面，当TIO 2将主峰移向较短的波长时，银纳米粒子对电致发光谱的影响不显著。
关键词：聚合物OLED;TIO 2纳米粒子;银纳米粒子;MEH-PPV纳米混合物
引言
上世纪80年代，Tang和Van Slyke的工作显示了在双层升华分子膜器件的高效率电致发光，这使得有机薄膜二极管的发展开始繁荣。有机小分子，即，8-羟基喹啉铝（Alq 3）作为这些设备的发射层。此后，OLED因其潜在的应用前景，如光电、照明、显示屏的电视和手机，大面积显示等等而受到了极大的关注（Salafsky 1999；Burlakov等人 2005）。在1990年，共轭聚合物电致发光使用聚（对亚苯基亚乙烯基）（PPV）作为金属电极之间的半导体层（Burroughes等1990）被首次报道。为配对电子中含有大量的共轭聚合物，因此，连续碳原子的P轨道形成沿着主轨道的离域pi;带。因此，共轭聚合物表现出半导体或金属特性（Meng 2007）。PPV衍生物以其独特的光物理和电致发光特性被广泛应用于有机电致发光和光伏应用（Bradley 1992, Hideetal 1997, Ekinetal 2006, Tekin 等2008, EGBE 等2007）。由于烷氧基侧链，MEH-PPV可溶于有机溶剂如甲苯、氯苯、二甲苯和氯仿（Braun 1991; Braun等1991），因此可通过湿法溶液加工技术如浸涂 以及旋转和滴落铸造（WUDL等1991，Arnautov等2004）。 MEH-PPV也可以利用喷墨印刷（Mehta 等2003年，库马尔等人 2003年，Tekin等 2017年）因为MEH-PPV的稀溶液显示出牛顿流变性质（Chang等，2005），因此用这种类型的材料制造OLED显着降低了成本。 因此，旨在提高聚合物-OLED性能的研究对于工业应用尤为重要。
对于有性发光二极管的性能来说，共轭聚合物中激子的有效传输是非常重要的。基于共轭聚合物（P-OLEDS）的OLED显示出较低的功率效率，因为注入空穴比注入电子更有利（Kim 等2003）。因此，为了提高器件的性能，电子和空穴注入发射层应该是平衡的（Chung 等1998）。在文献中，将有机层中的导体或半导体纳米颗粒添加到有机层已经被探索作为空穴或电子传输/阻挡层的替代物（Bolink等 2008，HU 等 2011）。 Dinh等人（2009）研究了TIO 2颗粒对光致发光光谱和I-V特性的影响，但是对包含这些复合薄膜的OLED的电致发光特性的影响尚未研究。在这项文献中，探讨了嵌入到发射层和空穴传输层（HTL）中的TIO 2纳米颗粒对完整P-OLED性能（即亮度，器件效率和I-V特性）的影响。此外，将所得结果与以相同方式制备的AG纳米粒子复合装置进行比较。为此，我们的实验室实现了AG纳米颗粒的合成。在文献中，仅在小分子OLED中研究了将AG纳米颗粒嵌入HTL中（PARK等，2007）。 然而，AG纳米粒子/发射层的制造和表征被遗漏了。在我们的工作中首次研究这个课题。MEH-PPV和PEDOT：PSS分别用作发射材料和HTL。系统地将不同浓度的半导体和金属纳米粒子嵌入到有机层中，对器件性能进行了全面分析。
实验
根据文献程序在低温下进行（LI等，2005）通过在1-十六烷基胺的存在下在甲苯中用苯肼还原乙酸银作为稳定化合成银纳米颗粒（AG NP）。通过获得透射电子显微镜（TEM）图像和通过使用Malvern Zetasizer Nano-ZS仪器的粒度测量来确定量子尺寸AG纳米颗粒的平均直径为大约 6nm。 TEM测量显示纳米颗粒的形状是规则的球形（见图1）。
图1 A 银纳米粒子在网格上的TEM图像 B 银纳米粒子的粒度分布
ITO-涂布的玻璃基材（ITO厚度150nm，15欧姆/平方）是通过Visiontek Systems（UK）获得。洗涤剂PCC-54用于清洗图案化的ITO玻璃基材，其购自Thermo Scientific 。PEDOT：PSS（将要用作HTL）购自Heraeus Clevios Gmbh；TIO 2 NPS（~ 21nm粒度）和MEH-PPV（MN ~40.000-70.000）购自Sigma-Aldrich。通过以8mg / cm 3的浓度溶解在甲苯和1,2-二氯苯（3:1）中来制备MEH-PPV。溶液通过0.45mu;m膜滤器过滤。
ITO基材清洁
对于P-OLEDS的制造，图案化的ITO-涂布的玻璃基底在去污PCC-54溶液（2wt％分散在H 2 O中）中超声清洗，然后依次用去离子水，丙酮和异丙醇清洗。 最后，它们在N 2流下干燥。
器件制造
TIO 2 / PEDOT：PSS和Ag / PEDOT：PSS溶液通过将TiO 2颗粒分散在PEDOT：PSS水溶液中在超声波浴中4小时来制备。设置三种不同重量比的TiO 2纳米颗粒和6.25,12.5和25wt％的Ag纳米颗粒，以研究对纳米颗粒的影响。TIO 2 /PEDOT:PSS纳米复合材料层（对于33.3wt％的TIO 2含量，厚度：80plusmn;3nm）以3,000rpm旋涂到ITO基底上30秒，然后将它们在100℃下烘烤30分钟。Ag / PEDOT：PSS纳米复合材料层（Ag含量为25wt％，厚度为70plusmn;3nm）通过以4,000rpm旋转并在100℃下烘烤3.5小时来制备。将具有70plusmn;3nm（MEH-PPV）厚度的活性层以1,200RPM旋涂40s至制备的HTL上。最后，通过真空蒸发（~5 9 10 -6 BAR）技术沉积钙（Ca）和铝（Al）。有源发射面积为9平方毫米。为了比较，还制备了没有NP的装置; PEDOT：PSS（厚度：50plusmn;3nm）/ MEH-PPV（厚度：70plusmn;3nm）/ CA（5nm）/ AL（120nm）。 PEDOT：PSS和器件结构如图2所示。
用与TiO 2 / PEDOT：PSS溶液相类似方法制备TIO 2 / MEH-PPV溶液。四种不同的重量比为1.5,3.125,6.25和12.5wt％的TIO 2 NPS混合在MEH-PPV中。在两种不同重量比的甲苯中制备Ag / MEH-PPV溶液; 1：100（Ag：MEH-PPV）和1：200。对于器件，将PEDOT：PSS层旋涂到ITO基底上，然后将TIO 2 / MEH-PPV（对于最大TIO 2含量，厚度：90plusmn;3nm）或AG / MEH-PPV（对于最大Ag含量 ，厚度为80plusmn;3nm）在40℃下以1,200rpm的速度涂布，然后在120℃烘烤20分钟和2H。最后，CA和AL得到沉积。MEH-PPV的装置结构和分子结构如图3所示。
图2 具有复合HTL和PEDOT：PSS化学结构的P-OLED的示意性横截面结构
图3 具有复合发射层的P-OLED的截面结构和MEH-PPV的化学结构
器件特性
使用校准测量具有和不具有NP的器件的电解质光谱，亮度，发光效率和电流-电压关系系统：Hamamatsu PMA-12 C10027光子多道分析仪（如图4所示）和数字万用表（2427-C 3A KEITHLEY）。所有设备都在黑暗样品室中测量，以消除环境光线的任何影响。手写笔分析器（KLA TENCOR P-6）用于测定有机层的厚度。活性层和空穴传输层分别旋涂在玻璃基板上与被调查设备的条件相同。 之后，用针刮擦薄膜，并用刮刀测量划痕的深度手写笔分析器。 通过原子力显微镜（AFM，Parksystems）研究纳米复合膜的形态。
图4 HAMAMATSU PMA-12 C10027光子多道分析仪的工作原理示意图
结果与讨论
图5显示了使用TIO2 / PE-DOT：具有不同比例的PSS纳米复合材料作为HTL制造的MEH-PPV器件的P-OLED性能。从图中可以清楚地看出，加入TIO2后，阈值电压和开启电压都发生了显着变化。增加HTL的TIO2含量可显着降低导通电压和阈值电压。这里，阈值电压表示1CD / M2亮度所需的电压和导通电压是交点的电压和电流密度曲线的正切。纯PEDOT：PSS器件具有最高的导通电压和阈值电压。通过33.3,20.6.6和0重量％的TIO2（在PEDOT中）获得开启电压7.5,7.8,9.0和9.5V以及阈值电压3.2,3.4,3.6和4.0V PSS。嵌入HTL中的TIO2纳米颗粒促使电子在有机层中移动得更快;就这样P-OLED的固有电阻降低。这导致对器件的I-V特性的改进。此外，由于TIO2具有大的带隙，因此期望TIO2作为空穴阻挡层和激子阻挡层发挥作用。 TIO2的最低未占分子轨道（LUMO）和最高占据分子轨道（HOMO）能级分别为-4.4和-8.1EV。因此，在有源层中发生空穴和电子的更有效的复合。但是，TIO2的含量为20重量％以上时，会影响亮度。这可能是因为在高浓度的TIO2下HTL层的透射率较低。PEDOT：PSS薄膜在含有和不含NP的玻璃上的透过率值可以在图6中看到。因此，在PEDOT：PSS中经历的TIO2浓度中，6.6wt％用于最佳性能。表1总结了所研究设备的性能。
当我们将TIO2纳米颗粒插入有源层（MEH-PPV）而不是HTL时，亮度值明显增加（图7）。从图7可以看出，用6.25％重量的TIO2 NPS / MEH-PPV制造的器件的最大亮度为1,542CD / M2，而具有纯MEH-PPV的器件产生最大亮度为1,114CD / M2。含有纳米颗粒的装置已被归因于薄膜形态的变化（Yersin 2004），并且其结果是亮度增加。另一方面，如上所述，它也会引起改变的电流流过薄膜（Carter等1997，Oey等2005）。因此，虽然亮度值有所改善，但发光效率的提高并不显着，因为电流密度的增加。对于这种情况，导通电压和阈值电压也没有定期改变（图7）。一般来说，除了6.25％重量的TIO2之外，TIO2 / MEH-PPV复合材料制备的器件的导通电压和阈值电压均高于纯的MEH-PPV层。
图5 A电流-密度电压，B亮度-电压，C阈值-电压，D用PEDOT：PSS和TIO 2 NPS / PEDOT：PSS制备的P-OLED的发光效率 - 电流密度特性
图6在含有TIO 2 NPS和B AG NPS的普通玻璃上涂覆的PEDOT：PSS膜的透射率图
表1 含有不同浓度NP的P-OLEDS的发光特性
将TIO2 / PEDOT：PSS获得的结果与Dinh等人（2009年）的结果进行比较 ，发现达成了很好的一致。 在Dinh等人的工作中（2009），发生了TiO2 / PEDOT：PSS的开启电压降低。 此外，TiO2 / MEH-PPV纳米复合材料的光致发光强度比纯MEH-PPV的大约大4倍。 它与TiO2 / MEH-PPV纳米复合材料的电致发光的增强完全相关。
在所得结果的比较范围内，还研究了AG纳米颗粒的影响。 图8显示了各种浓度的含有AG / MEH-PPV或Ag / PEDOT：PSS纳米复合材料的p-OLED的特性。 在这种情况下，可以找到关于器件效率最显着的改进。 Ag NPS加入活性层和HTL中导致在某些浓度下效率提高。 这表明通过在有机层中插入Ag NP来改善载流子复合的空穴和电子的平衡。
从图8A，B中可以看出，具有12.5wt％AG NP的器件比其他浓度以及纯PEDOT：PSS具有更好的性能。 它具有增强的亮度和发光效率：分别为1,456 CD / M 2和0.64 CD / A。 纯PE-DOT：PSS产生1,377CD / M 2的亮度和0.49CD / A的发光效率。
图8C，D显示了由纯MEH-PPV制备的P-OLED的亮度 - 电压和发光效率 - 电流密度曲线，其中AG / MEH-PPV纳米复合材料具有1：100和1：200的比率。 具有1：100AG / MEH-PPV的器件表现出最高的发光效率; 在具有
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[23664]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
