堿金屬摻雜Zno薄膜在有機(jī)發(fā)光二極管中的應(yīng)用

引言

有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)作為節(jié)能照明和大面積柔性顯示器的一種有前途的技術(shù)已經(jīng)被廣泛研究。通常，有兩種主要用于有機(jī)發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)，即常規(guī)結(jié)構(gòu)和倒置結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，使用空氣穩(wěn)定金屬作為頂部陽極和氧化錮錫(IT0)作為陰極的倒置有機(jī)發(fā)光二極管(lOLEDs)被認(rèn)為是改善平板顯示器的穩(wěn)定性和卷對卷制造工藝的有利途徑。在人工發(fā)光二極管器件中，氧化鋼錫用作電子注入陰極，而金屬電極用作空穴注入陽極。為了便于電子 從氧化錮錫注入上部電子傳輸層或發(fā)光層，電子注入層通常被涂覆在氧化錮錫陰極上。

實(shí)驗(yàn)

在本文中使用的所有材料都是從商業(yè)來源購買的，使用時(shí)沒有進(jìn)一步純化。通過將氧化鋅粉末溶解在銨溶液中以形成0.1 M Zn(NH3)2+絡(luò)合物前體飽和溶液來制備氧化鋅前體溶液。將溶液冷藏幾十小時(shí)以促進(jìn)氧化鋅粉末溶解。然后，將不同摩爾比(3、5和10%)的M2CO3加入到前體溶液中，以制備M2CO3摻雜的Zn(N H3)2+配合物前體溶液。將薄層電阻為15 Q2/平方的圖案化氧化銦錫(ITO)玻璃基板在超聲波浴中用去污劑、去離子水、丙酮和異丙醇連續(xù)清洗，然后在使用前將其在80℃的烘箱中保持12小時(shí)進(jìn)行干燥。

使用紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)在室溫下記錄紫外-可見透射率。功函數(shù)是用紫外光電子能譜儀測定的。X射線光電子能譜(XPS)測量是使用X射線光電子能譜儀實(shí)現(xiàn)的。利用精工儀器SPA 400原子力顯微鏡系統(tǒng)，采用接觸式原子力顯微鏡技術(shù)研究了薄膜的表面形貌。用于上述測量的膜是在用于制造器件的相同條件下制備的，以便能夠進(jìn)行精確的比較。

結(jié)果和討論

圖1顯示了氧化鋅基人工晶狀體的器件結(jié)構(gòu)。EDs和相應(yīng)的能級圖。在這種人工晶狀體裝置中，Alq薄膜作為發(fā)射層，NPB和Bphen薄膜分別是空穴傳輸和ETLs。 此外，三氧化鉬和氧化鋅分別用作空穴注入層和EII。作為比較，除了ZnO:M2CO3層之外，所有器件都具有相同的發(fā)射極層和功能層。為了研究M2CO3摻雜對ZnO EIL薄膜性能和摻雜ZnO基發(fā)光二極管器件性能的影響，在ZnO薄膜中摻雜了不同濃度的M2CO3摻雜劑，包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3和Cs2CO3。

圖1 (A)堿金屬碳酸鹽摻雜的氧化鋅(ZnO:M C03) EIL基倒置有機(jī)發(fā)光二極t(IOLEDs)的器件結(jié)構(gòu)和(B)所研究材料的能級圖

本研究采用簡單的濕化學(xué)摻雜方法，以M2CO3和鋅氨絡(luò)合物的混合水溶液為前驅(qū)體，制備了ZnO:M2CO3薄膜。詳細(xì)的制造過程包括以下三個(gè)步驟:(1)通過將ZnO粉末溶解在銨溶液中來制備Zn(NH3)?f復(fù)合物前體。(2)通過旋涂Zn(NH3)2+:M2CO3前驅(qū)體，然后在200℃熱退火15分鐘以實(shí)現(xiàn)從zn(nh3)?+ co complex到ZnO的轉(zhuǎn)化，制備了摻雜的ZnO:M2CO3薄膜。利用鋅氨絡(luò)合物水溶液制備氧化鋅薄膜是最有前途的方法之一，因?yàn)樗哂械蜏匾撞僮鞯膬?yōu)點(diǎn)。

在人工晶體中，EIL在可見波長區(qū)域的透明度將極大地影響器件的輸出效率，因?yàn)槌錾涔獗仨毚┻^曰L。出門前鋪一層。為了研究M2CO3摻雜對Zn。薄膜透明性的影響，對薄膜的透射光譜進(jìn)行了研究。

為了研究M2CO3摻雜對人工晶體器件性能的影響，制備并表征了一系列基于ZnO：M2CO3EILs的綠色人工晶體，具有不同的摻雜濃度（3、5和10%）或不同的M2CO3摻雜劑（Li2CO3、Na2 CO3、K2CO3和Cs2CO3）。圖2表示基于具有不同K2CO3摻雜濃度的純ZnO或摻雜ZnO：K2CO3EILs的IOLEDs的電流密度-亮度-電壓（J-L-V）、電流效率和功率效率特性。表1總結(jié)了相關(guān)的光電參數(shù)。如圖2A和表1所示，基于純ZnOEIL的IOLED顯示出5.2V的驅(qū)動(dòng)電壓、15,430cd/m2的最大發(fā)光、3.92cd/A的最大電流效率和1.81Im/W的最大功率效率。通過在ZnOEIL中引入K，CO3,器件顯示出明顯增強(qiáng)。

圖2 （A）基于純氧化鋅和不同鉀鉆摻雜濃度的摻雜氧化鋅:鉀鉆電池的電流效率和功率效率特性

表1 基于不同K2CO3摻雜濃度的純ZnO或摻雜ZnO：K2CO3薄膜的人工晶體器件性能

為了進(jìn)一步研究ZnO:M2CO3 EIL的工作穩(wěn)定性。在人工晶體中，我們選擇了氧化鋅:K2COEIL作為測量ZnO:M2CO3 EIL工作壽命的例子?；?a target="_blank">人工智能，工作壽命在25小時(shí)后下降到50%。該裝置的顯微照片顯示，暗應(yīng)變發(fā)生在發(fā)光區(qū)域的邊緣。器件的壽命不令人滿意可能是由于氧化鋅:K2CO3薄膜的不穩(wěn)定性質(zhì)，可能是由于堿金屬鉀離子的存在。正如Takada等人報(bào)道的那樣，堿金屬離子可能在外部電壓的作用下擴(kuò)散到有機(jī)發(fā)光二極管器件的發(fā)射極層中，這將導(dǎo)致光致發(fā)光的猝滅。同時(shí)，氧化鋅的空氣穩(wěn)定性:M2CO3 EIL?；谌斯ぞ铙w的研究也在進(jìn)行。

對于沒有在空氣中保持超過3小時(shí)的封裝的器件，可以清楚地觀察到暗點(diǎn)的形成和從發(fā)光區(qū)域邊緣的收縮。該裝置的空氣穩(wěn)定性差也應(yīng)歸因于IOLED裝置中堿金屬化合物的存在。堿金屬化合物具有不良性質(zhì)，如對濕氣的強(qiáng)親和力和與氧氣的反應(yīng)性，這將顯著導(dǎo)致有機(jī)發(fā)光二極管器件的退化。

總結(jié)

我們?nèi)A林科納已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了使用溶液處理的ZnO:M2CO3作為EIL的高效人工晶體。和作為發(fā)射極層的Alq3。一系列M2CO3，包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3和Cs2CO3，被引入到ZnO EIL中。這提高了人工晶體的電子注入效率。我們的發(fā)現(xiàn)表明，與對照純ZnO EIL基人工晶體相比，摻雜ZnO:M2CO3的EIL基人工晶體具有明顯改善的器件性能。氧化鋅:K2CO3 EIL基離子液體的最佳電流效率為6.04 cd A-1，比純氧化鋅EIL提高了54%。基于設(shè)備增強(qiáng)歸因于增加的電子遷移率和降低的勢壘高度，用于更有效的電子注入。我們的結(jié)果表明，摻雜的氧化鋅：三氧化二錳EIL在高效的溶液處理有機(jī)電致發(fā)光器件中具有潛在的應(yīng)用前景。
?

審核編輯：鄢夢凡