氧化石墨烯对有机电致发光器件空穴注入层的改性研究

摘要

有机电致发光器件（Organic Light-Emitting Diodes，OLED）由于其具备优异的特点而在显示和照明领域存在广泛的应用空间。自1987年至今，专家学者对OLED的性能优化作出不懈努力，然而，OLED在应用领域还存在一定的问题。空穴注入层对于OLED空穴的注入和阳极的修饰有着举足轻重的作用，但是常用的几种空穴注入材料存在一定的缺陷甚至能对阳极进行破坏，尤其是旋涂法制备器件的过程中，常用的聚（3，4-亚乙二氧基噻吩）∶聚（苯乙烯磺酸）(PEDOT∶PSS)的透光率和导电率具有一定的局限性，而且具有强酸性，容易腐蚀阳极而降低器件性能。基于此，本文利用氧化石墨烯(GO)和PEDOT∶PSS共同作用提高OLED器件的空穴注入性能、发光性能及稳定性。本文的主要工作如下:
　　(1)利用改进的Hummer法制备了GO的水溶液，制备了GO薄膜，并探究了影响GO薄膜厚度和质量的因素，确定了GO的最佳转速和退火温度分别为3000rpm和120℃，研究了GO薄膜厚度与旋涂次数的关系。探究了影响PEDOT∶PSS薄膜厚度和质量的因素，绘制了PEDOT∶PSS薄膜厚度与转速的关系曲线图，确定了PEDOT∶PSS薄膜的最佳退火温度为120℃。
　　(2)利用GO掺杂PEDOT∶PSS作为空穴注入层制备了小分子荧光OLED，器件结构为ITO/PEDOT∶PSS∶GO(x)/NPB/Alq3/LiF/Al，x为GO在PEDOT∶PSS中的掺杂量。在PEDOT∶PSS水溶液中掺杂GO水溶液，经过旋涂和退火成膜后，与纯PEDOT∶PSS相比，不仅改善了导电率，也相应的提高了透光率，从而使器件的发光性能得到改善。通过优化GO的掺杂量发现，当GO的掺杂量为0.8％（质量分数）时，空穴注入层的透光率达到最大值(96.8％)，器件性能也达到最佳。GO掺杂量为0.8％的器件的最大电流效率和最大功率效率分别达到3.72 cd·A-1和2.12 lm·W-1，与PEDOT∶PSS作为空穴注入层的器件相比，其最大电流效率和最大功率效率分别提高了67.6％和35.7％。利用优化后GO的最佳掺杂浓度，本文采用旋涂法工艺制备了小分子绿光、红光和蓝光磷光OLED，发光材料分别为Ir(ppy)3、Ir(piq)2acac和Firpic。与传统器件相比，绿光、红光和蓝光磷光OLED的最大电流效率分别提高了60.3％、80.5％和46.7％，最大功率效率分别提高了89.7％、81.9％和46.4％，而且所有器件的发光光谱都没有因为GO的加入而发生变化。但是PEDOT∶PSS中强酸性的硫酸根对ITO阳极的腐蚀破坏仍然存在，造成器件稳定性差，亮度衰减快。
　　(3)基于以上问题，本文利用GO/PEDOT∶PSS双空穴注入层设计了器件ITO/GO(x nm)/PEDOT∶PS S/NPB/Alq3/LiF/Al，探究GO/PEDOT∶PSS双空穴注入层对器件发光性能及稳定性的影响。我们发现加入GO夹层的双空穴注入层明显提高了器件的空穴注入能力，降低了器件的驱动电压，从而改善了器件的发光性能，尤其是功率效率的提升更为明显，另外，还发现加入GO后的双空穴注入层器件的稳定性明显提高，这归功于GO的加入阻止了强酸性的PEDOT∶PSS对ITO阳极的破坏。通过调节GO薄膜的厚度，我们发现，当GO的厚度为2.8 nm时，该荧光器件的最大亮度、最大电流效率和最大功率效率达到最优，分别为29012 cd·m-2、4.9 cd·A-1和3.1 lm·W-1，与传统器件相比，分别提高了31.8％、59.1％和128％。本文还使用GO/PEDOT∶PSS双空穴注入层，采用旋涂法工艺制备了有机小分子红光和蓝光磷光OLED，发现与无GO层的相同器件相比，它们的最大电流效率分别提高了76.1％和34.4％，最大功率效率分别提高了87％和51.2％，而且改善后的磷光OLEDs的亮度衰减速度明显减小。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 有机电致发光器件(OLED)的发展

1．2 OLED简介

1．2．1 OLED的发光原理

1．2．2 OLED的器件结构

1．2．3 OLED的制备工艺

1．2．4 OLED的性能参数

1．3 OLED中空穴注入材料的研究进展

1．3．1 超薄金属薄膜空穴注入层

1．3．2 金属氧化物空穴注入层

1．3．3 有机材料空穴注入层

1．4 氧化石墨烯在有机光电器件中的研究进展

1．4．1 氢化石墨烯

1．4．2 氧化石墨烯在有机光电器件中的应用

1．5 本文的研究内容

第二章 氧化石墨烯与PEDOT：PSS旋涂成膜工艺研究

2．1 实验材料、仪器与测试设备

2．2 氧化石墨烯及其薄膜的制备

2．2．1 氧化石墨烯的制备

2．2．2 氧化石墨烯旋涂成膜工艺

2．3 PEDOT：PSS旋涂成膜工艺

2．4 本章小结

第三章 以PEDOT：PSS：GO作为空穴注入层的OLED

3．1 以PEDOT：PSS：GO作为空穴注入层的荧光OLED

3．1．1 实验部分

3．1．2 结果与讨论

3．2 以PEDOT：PSS：GO作为空穴注入层的磷光OLED器件

3．2．1 实验部分

3．2．2 结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 以GO／PEDOT：PSS作为空穴注入层的OLED

4．1 以GO／PEDOT：PSS作为空穴注入层的荧光OLED

4．1．1 实验部分

4．1．2 结果与讨论

4．2 以G0／PEDOT：PSS作为空穴注入层的磷光OLED

4．2．1 实验部分

4．2．2 结果与讨论

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术成果