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以FTO/并五苯为双层阳极的有机发光二极管的制备与表征

*通信:

Saikia D贾格纳特·巴鲁厄学院物理系薄膜实验室，印度阿萨姆邦乔哈特，785001，电话:+ 03762320060;电子邮件:(电子邮件保护)

摘要

研究了FTO表面并五苯薄膜对有机发光二极管(OLED)空穴注入概率的影响。制备了五种以三(8-羟基喹啉)铝(Alq3)为发射层的有机发光二极管。结果表明，并五苯薄膜厚度的不同直接影响孔的注入。采用FTO/并五苯(6 nm)阳极的OLED器件比裸FTO阳极和其他厚度并五苯薄膜的器件效率更高。器件性能的提高是由于FTO/并五苯(6 nm)双层阳极组合具有更好的孔迁移率和更好的表面形貌，以及最高的性能系数(FOM)。以N, N′-双(3-甲基苯基)-N, N′(苯基)-联苯胺(TPD)为空穴传输层，以氟化锂(LiF)为电子注入层。我们的结果表明，FTO/并五苯(6 nm)阳极是增强OLED器件空穴注入的绝佳选择。在这里，我们得到了电流和功率效率的最大值分别为6.6 Cd/A和3.4 lm/W。

关键字

光电子学;并五苯;氟掺杂氧化锡;FOM;孔注入

简介

小分子有机发光二极管(SOLEDs)因其在平板显示和固态照明中的广泛应用而受到广泛的关注。掺杂锡的氧化铟(ITO)，导电率和可见范围透明度为3 × 10^3.S/cm至5 × 10^3.S/cm和85% ~ 90%，是目前应用最广泛的OLED负极材料。然而，成本的上升和其他限制为下一代光电器件带来了挑战[1，2］．同样在ITO阳极的情况下扩散的铟进入有机层，这被发现与器件性能的衰减有关[3.］．

此外，氧化铟锡(ITO)具有相对较低的功函数(4.4 eV ~ 4.9 eV)，因此通过插入缓冲层来克服ITO与有机发射层之间相对较高的空穴注入势垒;过渡金属氧化物[4，5]，小有机分子[6]和指挥聚合物［7，8］．由于注入层的存在增强了对有机层的空穴注入，改善了ITO阳极系统的表面粗糙度，这直接影响器件的性能，包括开机电压。无机绝缘缓冲层，如LiF [9，10),阿尔₂O_3.［11), SiO₂［12),牛叫声_3.［13在文献中都有报道。张等。[14]基于WKB近似计算了具有均匀缓冲层的oled的J-V特性。陆与横山[15]报告了由于Ta的插入造成的孔块效应₂O₅和高频振荡器₂缓冲层，而其他报告显示，通过插入各种缓冲层，如LiF[]，孔注入明显增强。10), SiO₂［12]， wo2.5 [16)等。最近，Reddy等人[17，18]报道了一些新的双极溶液工艺双氢吖啶衍生物用于高效有机发光二极管。

五氧化二钒(V₂O₅)也被用作ITO阳极的改性，以增强空穴注入[19，20.]，因为它的功函数值合适。张及蔡[21[Au/V₂O₅ITO薄膜作为复合阳极用于oled的孔注入，电流效率最高为3.5 Cd/A。因此，所有的最大报告都是基于ITO。另一方面，掺氟氧化锡(FTO)虽然比ITO更具成本效益和抗氧化稳定性;由于它的透明度不如ITO，所以没有被广泛用于制造oled。很少有已发表的报告，铟倾向于在器件操作下扩散到发射层，这可能反过来影响oled的量子效率和寿命。同样，FTO的化学成分以及功函数与所采用的清洗方法无关。

它也有一些优点，比如它没有被归类为对运输或供应有危险的物质，对环境没有危险。此外，对于FTO阳极，没有风险或安全短语是必要的。另一方面，并五苯虽然具有较高的空穴迁移率，但到目前为止，它还没有被用作OLED的缓冲层。因此，在这项工作中，我们将注意力集中在这种特定的双分子层组合上，以首次提高FTO表面的电流和功率效率，同时也作为金属的屏障扩散进入有机层。为此，我们采用厚度变化法，在FTO阳极上沉积一系列不同厚度的并五苯薄膜，并五苯薄膜作为空穴注入层(HIL)可以提高基于Alq3作为发射层的OLED的电流效率，最后我们报道了在优化的并五苯厚度下，采用这种双层阳极组合的OLED器件电流效率最高可达6.6 Cd/ a。本文用电流效率(g)和功率效率(h)对OLED进行了表征。

实验的细节

所有器件都是在fto镀膜玻璃上制作的，并使用热沉积AL作为阴极。FTO玻璃在丙酮和异丙醇的超声波浴中清洗15分钟，在小于5 × 10的压力下进行沉积⁵托。所有有机和无机层均以大于10 Å/sec的沉积速率蒸发。该器件的有效发射面积为8 × 8毫米²．所有器件均采用热真空蒸发装置制作，相应的薄膜厚度由厚度监测器(DTM-10型)记录。采用四探针电阻率法记录了不同薄膜的电阻率。在暗室条件下，用数控源计单元(SMU)和亮度计单元测量了所制备的oled的电流-电压-亮度特性，并用紫外-双束分光光度计记录了不同双层FTO/并五苯薄膜的透射光谱。所有试验均在室温空气暗室条件下进行，无任何封装，所有材料均购自Sigma-Aldrich，使用时无需进一步净化。示意图表示和能源带图如下所示图1而且图2分别。

结果与讨论

我们用并五苯作为孔注入层(HIL)， N, N ' -双(3-甲基苯基)- N, N '(苯基)-联苯胺(TPD)，三(8-羟基喹啉)铝(Alq_3.)和氟化锂(LiF)分别作为空穴传输层、发光层和电子注入层，比较了不同厚度的HIL和无HIL OLED的J-V-L特性。没有LiF (EIL)层，电子从Al阴极注入Alq3是困难的。由于卤化碱解离到有机层改善了电子注入工艺。本研究中使用的底发射oled的结构为:

设备1。FTO/并五苯(0 nm)/TPD (45 nm)/Alq_3.(56 nm)/LiF (5 nm)/Al (100 nm)

设备2。FTO/并五苯(1 nm)/TPD (45 nm)/Alq_3.(56 nm)/LiF (5 nm)/Al (100 nm)

设备3。FTO/并五苯(4 nm)/TPD (45 nm)/Alq_3.(56 nm)/LiF (5 nm)/Al (100 nm)

设备4。FTO/并五苯(6 nm)/TPD (45 nm)/Alq_3.(56 nm)/LiF (5 nm)/Al (100 nm)

设备5。FTO/并五苯(10 nm)/TPD (45 nm)/Alq_3.(56 nm)/LiF (5 nm)/Al (100 nm)

为了适当的有机效率半导体不仅要求平衡注入，而且要求空穴和电子的迁移率值相似。这是通过结合一个电子传输层(ETL)和一个单独的空穴传输层(HTL)来实现的，其中导电由电子主导。这种配置允许分别使用适当选择的电极和传输材料独立优化注入和传输特性。oled的特性曲线如下:

在图3一，其中器件4亮度较好，电流效率(g)较高，如图所示图3 b．同样，电流效率随外加电压的变化情况如图所示图3 d其中设备4的性能最高。这里讨论每个设备的行为。单FTO阳极器件的孔注入效果较差，在相同电压下亮度明显低于其他并五苯基OLED器件。但是，在四双层阳极OLED器件中，由于6 nm厚度的并五苯薄膜的特殊行为，即隧道区域内的透射率和表面电阻性能优化，器件4的最大电流效率为6.6 Cd/ a。

从表1，可以看出，随着缓冲层厚度的增加，电学和光学性能都有所下降。事实上，在10 nm有机薄膜厚度下，双层薄膜(500 nm ~ 600 nm范围内)的平均透过率大于80%，大于无机金属氧化物缓冲层OLED器件[21如:图3一．因此，我们可以说这种无机-有机双层阳极膜在透明性能上比无机-无机双层阳极器件更有优势。我们还计算了FTO和并五苯改性OLED器件的性能图(FOM)值。这可以通过表面电阻和光学透过率观测来计算。

表1:总结了不同厚度阳极组合的表面性能。

在此基础上，我们分析了薄板电阻和透光率的性能系数(FOM)。这是研究透明导电氧化物(TCO)薄膜性能的重要参数。FOM定义为FOM=T¹⁰/ R_年代式中，T为光学透过率，R为_年代是片材电阻[22］．表1在1 ~ 10 nm厚度范围内，并五苯改性FTO的阳极表面电阻率随FOM值变化。由于性能值越高，说明透明导电氧化膜的质量越高。因此，与单层FTO薄膜相比，具有6nm厚并五苯缓冲层的FTO表面具有更好的透明导电氧化物性能。这两个效率，即功率效率(η)和电流效率(γ)不是独立的。假设一个朗伯发射模式[23］．

(1）

其中L是垂直于发射表面的测量值，V是施加电压。γ依赖于光耦合和内部量子效率[24］．在j的大范围内，它是相当恒定或弱变化的。另一方面，h明显依赖于偏差，与V成反比。

为了研究并五苯薄膜对FTO基板的影响，采用四探针电阻率法测量了FTO和并五苯改性基板的表面电阻率。结果表明，缓冲层的最佳厚度可以达到OLED的电流效率。在此情况下，并五苯缓冲层的最佳厚度为6 nm，电流效率提高了1.78倍。并五苯缓冲层过薄(1nm)或过厚(10nm)均不利于提高电流效率。

表1为并五苯改性FTO在1 ~ 10 nm厚度范围内的阳极表面电阻率。较低的薄板电阻意味着需要更少的孔能源根据热离子发射机制克服势垒注入有机层，通常会在隧道区域内产生更小的阈值电压，更高的电流和功率效率。在我们的工作中，在并五苯缓冲层的最佳厚度(6 nm)处，空穴和电子注入达到最大平衡点，电流效率提高最大。但在达到临界厚度后，由于隧道效应的进一步减小，器件性能降低。这意味着，虽然随着缓冲层厚度的增加，表面性能有所下降，但电荷载流子的平衡程度有所提高，从而使器件效率随着亮度和电流密度值的增加而优化。至于电源效率的提高，则与能源注孔消耗。由于表面光滑的性质，较少能源在阳极/HTL接口被消耗。如图所示，在并五苯缓冲层厚度为6 nm时，这种效果得到了最佳平衡，在我们的设备配置中，该缓冲层的功率效率提高最高(3.40 lm/W)图3 c．并五苯薄膜的不同厚度与相应的接通电压之间的关系如下图所示图4．:

从这张图中，我们得出结论，FTO衬底上缓冲层的厚度对载流子(即空穴)注入有机层有直接影响。在我们的工作中，我们得到了最低的接通电压为5.8 V。导通电压的初始降低是由有效表面电阻和势垒能的降低引起的。这种情况与能源缓冲层和HTL在它们的界面上的水平是由内部电场调制的。这种内场调制主要是器件接通电压降低的原因。但在最佳厚度后，缓冲层厚度的增加导致导通损失增加，而不是进一步降低导通电压。这是由于缓冲层的像力降低所产生的相对较弱的调制[25]后临界厚度。

为了表面形貌的目的，我们分别取单层和双层FTO阳极的FE-SEM图像，如图所示图5一个而且5 b．从FE-SEM图像的研究可以看出，由于有机层的存在，双层阳极的表面比单层阳极的表面更光滑。因此，与HTL层的无机-有机接触相比，有机缓冲层提供了更好的有机-有机接触，因此在隧道区域内施加适当的偏压时，我们得到了更好的器件效率。LD乐动体育官网这是降低接触电阻，增加孔注入量的重要原因。LD乐动体育官网

结论

采用热真空沉积法沉积并五苯薄膜作为OLED阳极的缓冲层。与裸FTO阳极OLED相比，最佳厚度为6 nm的优质并五苯缓冲层同时提高了器件的电流效率和电源效率。通过透射谱和表面电阻率测量，证明了在并五苯缓冲层的最佳厚度下，载流子热离子发射的平衡贡献是电流效率提高的原因。电力效率的提高是由于平衡能源消费。以FTO/并五苯(6 nm)为阳极的器件提供了更好的电荷平衡，使电流效率(6.6 Cd/ a)比FTO OLED (3.7 Cd/ a)高1.78倍。

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