ZnO/有机材料复合器件的紫外发射及界面特性研究

ZnO是一种理想的短波长发光材料。在光泵浦时虽已探测到ZnO的紫外发射，但在电驱动下，ZnO的紫外发光还很弱。主要因为：1）很难制备出性能优异的P型ZnO；2）异质结中ZnO的缺陷发光强，紫外发光弱。针对以上问题，本项目目的是制备ZnO（纳米棒或纳米颗粒）/有机材料复合器件，在电驱动下，研究ZnO/有机材料的界面及载流子输运，利用混合激发、载流子限制等方法提高器件的紫外发光强度和效率。该研究既能开扩发光在紫外区的实体，又为紫外发射提供新的器件；通过研究有机/无机界面及体内的正、负载流子输运，还可为LED、TFT、太阳能电池等器件提供实验和理论基础。我们将探索制备器件的最佳条件，区分同一器件中场致发光和注入复合发光，利用混合激发、类量子阱复合器件结构、固态阴极射线器件结构等方法提高ZnO的紫外发射强度和效率，探索ZnO/有机界面能级的变化，研究载流子在界面和体内的传输及输运特性。

用两步法在透明导电玻璃上制备了有序ZnO纳米棒阵列，利用所制备的ZnO纳米棒与不同的有机半导体材料构成复合体系，制备了器件：ITO/ZnO(60 nm)/ZnO纳米棒/有机材料/Al，有机材料为小分子Alq3、聚合物MEH-PPV和P3HT。.当有机材料是小分子Alq3时，在室温中直流电压驱动下，器件的电致发光受Alq3的厚度影响很大，当Alq3的厚度适合时，得到了微弱的ZnO的近紫外带边辐射发光和较强的缺陷发光和Alq3的激子发光峰。当Alq3厚度增大，仅得到了Alq3的激子发光峰。.当有机材料为聚合物MEH-PPV时，探测到了相对较强的ZnO位于380nm的发光，通过研究器件的发光过程，分析了不同电压下对紫外发光峰和背景光的影响原因。通过研究纳米棒的生长时间、有机层厚度对器件发光性能的影响，总结了ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光的适合条件。首先我们利用空穴缓冲层对ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能进行了改善，制备了器件结构为ITO/ZnS(或MoO3)/ZnO/ZnO纳米棒/MEH-PPV/Al。正向偏压下，得到了较强的波长位于 380 nm 的近紫外发光。实验结果表明，ZnS缓冲层的加入对器件的近紫外发光性能提高较大，相同直流电压驱动下，亮度可提高将近10倍，并且器件的启亮电压也明显降低。当ZnS厚度为2nm时，器件的性能最好。其次，我们通过在阴极方向添加电子传输层Alq3以改善器件的性能。在ITO上用水热法制备出整齐的ZnO纳米棒阵列，用匀胶旋涂的方法制备MEH-PPV溶液薄膜。在此基础上，通过真空蒸镀不同厚度的Alq3电子传输层制备对比器件。构造出ITO/ZnO/ZnO/纳米棒/MEH-PPV/Alq3/Al器件结构。其中Alq3的厚度分别为10nm，15nm，20nm。通过实验我们得到最合适的Alq3电子传输层厚度为10nm。实验结果发现10nm电子传输层的加入，明显的抑制了激子在MEH-PPV处的复合，减少了MEH-PPV的发光，增强了ZnO在380nm处的发光。发光强度也有了显著提高，由初始的10nW左右增强至45nW左右。10nmAlq3电子传输层的加入明显的改善了器件的性能。在阴极方向分别通过真空蒸镀LiF和匀胶旋涂Cs2CO3的方法对阴极进行界面修饰，分别制备了结构为ITO/ZnO/ZnO/纳米棒/MEH-