PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料在聚合物发光二极管空穴注入层

文摘

我们报告在保利掺杂石墨烯的影响(材料间是的运动):聚(苯乙烯磺酸盐),PEDOT: PSS, PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料空穴注入层的性能增强聚合物发光二极管(承认)。首次合成石墨烯氧化物,然后混合在PEDOT: PSS的解决方案与具体不同的数量。石墨烯中减少PEDOT: PSS矩阵通过热还原。承认设备与空穴注入纳米复合材料层包含特殊的掺杂浓度是捏造的,和掺杂浓度对器件性能的影响被系统地检查各种设备属性的特征。通过石墨烯掺杂,空穴注入层和刺激电压的电阻可以有效减少受益空穴注入和传输,导致更高的整体效率。空穴注入层的电导率随掺杂浓度的增加单调增加,从各方面性能指标,然而,并没有显示出相同的依赖,因为快注入漏洞可能会改变不仅空穴和电子的平衡,而且他们的结合位置在发光层。结果表明,最佳掺杂浓度是0.03 wt %的石墨烯氧化物的情况。

1。介绍

聚合物发光二极管(承认),或更一般的有机发光二极管(oled),研究了商业和学术领域,因为其独特的优点,如重量轻、薄结构、高分辨率、低驱动电压。承认的基本结构包括多个有机薄膜夹在两个电极之间。因此,设备性能可以通过改善提高薄膜的特性。最近,由于其独特的性质,纳米材料和纳米结构的应用程序性能的增强辩护一直保持吸引了许多研究的关注。

文献显示,TiO的掺杂纳米颗粒(NPs)₂和SiO₂到发光层MEH-PPV(保利(2-methoxy-5(2′乙基)hexoxy-phenylenevinylene))承认,电流密度的设备特征,亮度明显改善(1,2]。这是由于掺杂NPs增强电荷注入和电荷传输的能力。除了它们的有效性在发光层,TiO的效果₂NPs在空穴传输层,PEDOT: PSS(保利(材料间是的运动):聚(苯乙烯磺酸盐)),也进行了研究。TiO的₂NPs被再一次证明了能力增强注入漏洞;因此设备的起始电压降低。修改孔注入还可以通过引入一个额外的纳米管/ PVK(单个碳纳米管/ polyvinylcarbazole)纳米复合材料层之间最初的空穴传输层PEDOT: Alq PSS和发光层₃(3]。

除了发挥积极作用在发光和空穴传输层,使用NPs和纳米结构增强电子注入也被广泛报道。通过引入氧化锌NPs在阴极和发光层,设备性能增强,因为氧化锌NPs帮助电子的注入和阻塞的交通洞的阴极(4]。就业并/ MEH-PPV纳米复合材料作为电子传输层显示,电子导电能力,从而提高设备效率(5]。的SiO₂NPs和SiO₂/ TiO₂NP和阴极之间的混合发光层作为一个电子注入层也研究并证明能够推进电子注入和内部量子效率(6]。oled的光电效率几乎因此可以改善措施的引入适当的NPs或纳米结构之间的和/或有机薄膜。

氧化铟锡(ITO)被广泛用作阳极在oled由于其高导电性和高透明度。当然,oled的性能是影响喷射孔的ITO的能力。因此,修改ITO阳极,如引入一个额外的空穴注入层,是一个重要的研究问题。不同的空穴注入层,如SiO₂(7],NiO [8,碳9],Pt [10聚苯胺(聚苯胺)[],11,PEDOT: PSS (12,13),等等,已经插入ITO阳极和空穴传输层,以减少注入势垒。其中,PEDOT: PSS广泛应用是因为它的高导电率、高透光率和良好的成膜性能。

通过与合适的无机纳米材料掺杂,PEDOT的电气性能:可以提高PSS和由此产生的PEDOT: PSS纳米复合材料层承认有望促进注入漏洞。碳纳米管具有很高的功函数,高电导率和低吸收系数。因此,掺杂物的问是一个很好的候选人PEDOT: PSS。在文献[14- - - - - -16),PEDOT: PSS / CNT纳米复合材料确实证明是一个有效的空穴注入层。碳纳米管的存在,刺激电压降低,发光强度以及设备整体效率的提高。

石墨烯、二维结构组成的sp²杂化碳,描绘了优秀的电气、机械、热、化学和光学特性。因此,其应用潜力在未来电子和光电一直吸引很多研究关注。最近,据报道,石墨烯可以掺杂MEH-PPV作为受体在发光层(17)和插入的空穴注入层承认(18]。孔注入改善通过混合新合成solution-processable石墨烯氧化物PEDOT: PSS也是可行的(19,20.]。在这项研究中,我们调查的影响PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料空穴注入层的性能增强辩护。掺杂浓度对器件性能的影响是系统研究的各个方面的特征。获得的结果的基础上,提出了不同掺杂浓度的属性,对应于这些变化的机制进行了讨论。最佳掺杂浓度也被报道。

2。实验

在这项研究中,石墨烯的影响,被掺杂到PEDOT: PSS PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料层孔注入,性能增强的恳求检查设备。采用PEDOT: PSS的解决方案是商用,Clevios PVP AI4083。得到石墨烯通过热还原氧化石墨烯(去),合成使用悍马方法(21]。合成的粉末就掉进了PEDOT: PSS解决方案,形成最初的PEDOT: PSS /去解决方案随后旋转涂布过程。根据的数量(重量)去粉混合PEDOT: PSS的解决方案,五个结果PEDOT: PSS /解决方案与不同重量百分比,重量比的粉和PEDOT: PSS /解决方案,准备研究石墨烯的影响内容对设备的性能。他们是0.005,0.01,0.03,0.05,和0.1重量百分比(wt %),分别。

制作的步骤承认设备示意图显示在图1。玻璃与预镀氧化铟锡(ITO)薄膜作为衬底,人物1(a), PEDOT: PSS /去与一个特定的wt %的解决方案去然后旋转涂布在7000 rpm的ITO衬底上60年代,人物1(b)。所有的样本结果PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料层与特定的内容得到了石墨烯的立刻把PEDOT: PSS /液体的电影,在ITO基质涂层,在烤箱和在260°C进行了热处理1小时为了减少石墨烯氧化石墨烯,人物1(c),为了避免热损伤PEDOT: PSS,这里治疗温度不高,可能不是完全降低(22]。发光层是polyfluorene(卵圆孔未闭)。准备在氯仿为0.7 wt %浓度和涂在PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料旋转涂布在3000 rpm 60年代在70°C,紧随其后的是烤5分钟热板上删除任何残留溶剂,人物1(d)。最后,阴极金属、双层结构的Ca (10 nm)和Al(100海里),使用热蒸发沉积在卵圆孔未闭的真空压力6×10⁻⁶托,图1(e)。

透光率测量是执行使用UV / vis光谱仪(热Heliosω)。设备的jv曲线(单位平方米,电流密度、电流电压的函数)L-V曲线(发光,每平方米烛光,作为电压的函数)是使用一个特征源仪表(吉时利2400)和一个点亮度计(ls - 100),分别。电离势的测量(HOMO、最高占据分子轨道)和电子亲和能(LUMO,最低未占据分子轨道)PEDOT: PSS /石墨烯复合薄膜执行使用循环伏安法(CV, CH仪器- 611 c) (23,24]。

3所示。结果与讨论

理解的影响石墨烯的存在辩护的光传导,透光率,在光谱从300年到800海里,PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料薄膜第一次检查。图2显示所有研究纳米复合材料的透光率小于纯PEDOT: PSS薄膜(0%)和与石墨烯浓度的增加减少。然而,即使对于纳米复合材料石墨烯浓度最高的电影(0.1%)、测量光谱范围内的透光率仍高于95%。这表明石墨烯的存在PEDOT: PSS没有明显影响的亮度输出辩护。

石墨烯上的影响J- - - - - -V特点是只使用hole-only设备检查。设备配置示意图所示图的插图3纳米复合材料层的制作步骤,和金属电极层都遵循着相同的程序辩护的设备和部分中描述2。的jvhole-only设备特性与纳米复合材料层石墨烯在不同浓度如图3。0.005%的情况下,jv无掺杂情况下曲线接近。然而,电流密度的提高电压仍可观察到的。随着掺杂浓度的增加到0.01%,提高电流密度的电压变得更加明显。这一趋势随着掺杂浓度进一步提高。然而,随着浓度从0.05增加到0.10%,电流密度的增强程度又变得不那么明显。这些结果表明,掺杂的石墨烯的导电性PEDOT: PSS薄膜可以显著改善和掺杂浓度越电导率越高。然而,当掺杂浓度足够高时,在电流密度增大的速率由于成功掺杂浓度的增加变得不那么明显。

数据4(一)和4 (b)显示的特点jv和L-V分别承认的设备。在图4(一)纯的曲线PEDOT: PSS显示最低的电流密度,另一方面,石墨烯的掺杂浓度最高的设备,0.1%,电流密度最高。这个图的曲线明显表现出的趋势随着掺杂浓度的增加电流密度增加。与石墨烯含量的增加,复合薄膜的电阻降低,导致减少设备的体积电阻,导致电流密度的增加。图4 (b)显示的亮度承认装置增强单调增加电压和电压太大时设备坏了。可获得的最大亮度的设备使用PEDOT: PSS的空穴注入层约15480 cd /发生在11日的电压V这可能会增加到25800 cd /甚至有点低电压为10.5V为设备与掺杂浓度为0.03%。

因为不同的掺杂浓度和不可避免的不确定性在样品制备和设备制造、可获得的最大亮度为每个设备会出现在不同的电压。其他常用承认设备的性能评价指标包括发光效率和发光功率效率。这两个指标提出了当前研究的设备图5。数据5(一个)和5 (b)分别展示了发光效率(cd / A,烛光单位当前)和发光功率效率(每单位功率lm / W,亮度)电流密度的函数。纯的设备,发光效率和发光功率效率1.43 cd / 0.58 lm / W,分别。将石墨烯引入PEDOT: PSS电影,可以提高效率。结果表明,效率都是增强随着掺杂浓度的增加,当掺杂浓度很低。对掺杂浓度的依赖关系,然而,倒生的,如果掺杂浓度高于0.03%。

承认设备中纳米复合材料层的作用是光滑的空穴注入的进步。作为hole-only演示设备之前,由于石墨烯掺杂,复合层的电导率明显增强,,掺杂浓度越高,电导率的提高。掺杂浓度不高时,效率的提高随着掺杂浓度的增加是由于改善孔注入的空穴和电子复合层,导致更加平衡的组合在发光层,从而获得更高的整体效率。如果掺杂浓度继续增加,纳米复合材料层的电导率继续加强;更多的孔注入和更快的速度移动。电子空穴组合的平衡改变,此外,载波组合在发光层的位置发生了变化,对阴极。因此,效率降低。在目前的研究中,最佳的掺杂浓度是0.03%左右的发光效率和发光功率效率增加到2.09 cd / A和0.79 lm / W,分别是相应的0.46和0.36倍的增强而没有兴奋剂。

更完整的电特性的恳求设备表中列出1。可以看出,除了可获得的最大亮度、电流和功率效率,刺激电压(驱动电压在1 cd /亮度)由石墨烯掺杂可以改善。的是3.12 V无掺杂的设备,其价值与石墨烯浓度的增加减少。它达到了最小值2.6 V的浓度为0.05%。当掺杂浓度高于0.05%时,刺激电压又增加了。设备的起始电压的变化通常是影响薄膜的工作功能(9,25]。

ITO的工作职能,PEDOT: PSS和石墨烯是5.1,5.17,和4.9 eV。这些价值观和复合层中列出的homo能级图如图6。伊藤之间的能量势垒和PEDOT: PSS是0.07 eV。石墨烯的功函数是4.9 eV低于ITO和PEDOT: PSS。因此,通过引入适量的石墨烯PEDOT: PSS,这种纳米复合材料的功函数层减少,能量势垒也降低,促进了注入漏洞,导致刺激电压的降低。当浓度超过0.05%时,复合膜的工作功能低于ITO。接触的肖特基势垒形成阻碍空穴注入和领导再次刺激电压的增加。

4所示。结论

总之,PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料薄膜,PEDOT: PSS掺杂石墨烯,是制造及其应用作为辩护的空穴注入层进行了研究。首次合成了石墨烯氧化物悍马的方法然后混合PEDOT: PSS的解决方案在几个特定的数量。PEDOT: PSS /石墨烯纳米复合材料与特定的石墨烯掺杂浓度是通过热还原氧化石墨烯成石墨烯。掺杂浓度对器件性能的影响进行系统检查,和特征修改机制进行了讨论。石墨烯的掺杂可以有效地提高空穴注入层的电导率,降低刺激电压使孔注入更多的进展顺利,导致更高的整体设备效率。结果显示,相比之下,使用无掺杂空穴注入层的情况下,最大亮度可以提高1.66倍而发光效率和发光功率增加46%和36%,分别。基本上,空穴注入能力增加随着掺杂浓度的增加。然而,如果掺杂浓度太高,增加成功的设备性能降低掺杂浓度。最佳的掺杂浓度的情况下使用0.03 wt %的氧化石墨烯。

承认

过分讲究的国家科学基金会的支持下的台湾格兰特数字nsc97 - 2221 - e - 194 - 058 - my3和nsc99 - 2627 - e - 194 - 001是极大的赞赏。

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