可溶液加工的有机-无机复合级联发光器件及其工作机制

Hybrid organic-inorganic light emitting devices employing metal oxides as carrier transport layers show improved environmental stability compared to conventional devices as air sensitive low work-function metals are eliminated from the device configuration. Despite significant advances have been witnessed, hybrid organic-inorganic light emitting devices show inferior performance compared to the counterpart devices using organic carrier transport layers. In the feasiblity study for this project, we use ethoxylated polyethylenimine as the interfacial modifier for metal oxide layer to avoid the issues of interruption of the organic layer morphology and defect-induced leakage current for commonly-adopted metal salt interlayer, which results in efficient polymer and small molecule light emitting devices. We will proceed with optimization of both the interfacial modifier and the preparation of emissive layer to improve device efficiency. Futher work is designed to explore charge generation layer and obtain solution-processable stacked light emitting devices. The project is expected to improve the luminance efficiency of solution-processed light emitting devices and stimultaneously allow better understanding of mechanisms underlying the modulation of carrier injectin efficiency at the organic-inorganic interface and carrier generation process in the connecting layer.

有机-无机复合发光器件因避免使用对水、氧敏感的低功函数金属而具有较好的环境稳定性，这一特性引起了高度关注与广泛研究。尽管已取得较大进展，但器件的发光效率和驱动寿命仍低于采用有机载流子传输层的发光器件。针对这一关键问题，本项目对有机-无机复合发光器件进行了预研，以支化聚乙烯亚胺作为界面修饰层来解决目前普遍采用具有较强极性和结晶性金属无机盐界面修饰层影响发光层形貌和产生漏电流等问题，制备了具有较高发光效率的聚合物和小分子材料发光器件。在此基础上，从优化界面修饰材料和发光层制备两方面入手来提高器件的发光效率，进一步探索具有良好电荷产生和注入效率以及驱动稳定性的连接层来制备可溶液加工的有机-无机级联发光器件。该研究将显著提高可溶液加工有机发光器件的效率和寿命，可揭示界面修饰层对金属氧化物层电子注入效率的调控机制，而且连接层中电荷产生和注入过程的研究会加深和拓展对有机光电子器件基本问题的认识。

具有倒置结构的有机-无机复合发光器件能够避免使用对空气中水、氧敏感的低功函数金属阴极，器件经简单封装就可在日常环境下工作，有望降低有机发光器件成本，拓宽器件应用范围。在ZnO和聚合物发光层之间加入聚乙烯亚胺层可以显著提高电子注入效率，主要是由于中性聚乙烯亚胺形成界面偶极层能够有效降低ZnO功函数。以聚乙烯亚胺修饰的ZnO作为电子注入层，有机-无机复合聚合物蓝光、绿光、橙光和红光器件外量子效率分别为2.1%、2.9%、1.3% 和1.4%，接近采用Ca/Al阴极传统器件发光效率；研究了在ZnO/PEIE上以不同加工处理条件制备的小分子材料薄膜的电荷输运性质，发现电荷传输特性同薄膜分子堆积密度紧密相关。基于溶液加工小分子材料发光层的有机-无机复合蓝光、绿光、黄光和红光器件最大外量子效率分别为18.9%、22.7%、14.6%和10.2%，色度分别为(0.16, 0.36)、(0.31, 0.65)、(0.49, 0.50)和(0.66, 0.32)。其中蓝光和绿光器件外量子效率为有机-无机复合蓝光和绿光器件的最高效率。两色和三色白光器件最大外量子效率分别为15.0%和10.9%，色度为(0.33, 0.44)和(0.38, 0.47)。优化了PEDOT:PSS/ZnO电荷产生层制备条件。以PEDOT:PSS/ZnO作为电荷产生层，包含SY-PPV和MEH-PPV两个子发光单元的聚合物级联发光器件发光效率等于子单元器件发光效率之和，表明PEDOT:PSS/ZnO电荷产生层能够有效产生电荷并将电荷注入到发光子单元中。在此基础上首次报道了包含三个SY-PPV发光子单元的聚合物级联发光器件，器件最大外量子效率为6.6%；分析了包含PEDOT:PSS、ZnO和PEDOT:PSS/ZnO连接层器件的I-V和C-V特性，发现电荷主要产生于PEDOT:PSS/ZnO界面，而空穴传输层/PEDOT:PSS界面对电荷产生无明显贡献。对不同温度下PEDOT:PSS/ZnO电荷产生层的电学性质进行了模拟，提出了其以下工作机理：电子-空穴对在PEDOT:PSS/ZnO界面处产生，在电场的作用下，电子-空穴对发生分离，电子从PEDOT:PSSHOMO能级热跳跃到ZnO导带。另外，项目还就热激活延迟荧光发光器件和聚合物：钙钛矿复合材料进行了探索。