以ZnO为电子传输层PPV的发光

1、发光学报第 1 8 卷第 4 期1 9 9 7 年 1 2 月v o l. 1 8 , n o . 4d ec. , 1 9 9 7ch in e se jou rn a l o f l um in e sc en c e的发光3以 zno 为电子传输层 ppv滕枫杨晓晖徐征侯延冰徐叙王容( 北方交通大学光电子技术研究所, 北京 100044)( 天津理工学院材料物理研究所, 天津 300191)( 中国科学院激发态物理开放研究实验室, 长春 130021)黄宗浩( 东北师范大学化学系, 长春 130022)摘要以 2k 族无机半导体 zno 为电子传输层, p pv 为空穴传输层和发光层,得

2、到的电致发光器件比单层 p pv 器件的发光亮度和效率都高. 器件结构为 ito p pv zno a l 的电致发光光谱同单层 p pv 器件的光谱基本相同, 但是启亮电压明显比单层器件低, 最大亮度大约比单层器件高6倍左右, 同时工作电流也比单层器件小.通过 p pv 层自吸收现象可判断出发光区域在 p pv zno 界面处. 电流2电压曲线表明, 这种器件具有空间电荷限制电流特性, 即 jv n , 这里 n 大约为2, 这器件的电流主要受到空穴的限制.关键词 异质结, 电致发光, 聚合物1引言有机电致发光是近几年研究的热点1, 2 , 由于其具有亮度高, 发光颜色丰富, 易制备大面积器

3、件等优点, 所以在平板显示、显像领域具有很大的应用潜力. 引入载流子传输 层大大提高了有机电致发光器件的发光亮度和效率, e ra m . 等人利用有机物为电子传输层, 无机半导体为发光层制备了有机无机异质结发光二极管3 , co lv in v. l. 等人制备了纳米 c ds 与 p pv双层结构器件, 得到了发光颜色随电压变化而变化的电致变色器件4 . 一般情况下, 无机半导体比有机半导体的载流子迁移率大, 稳定性好, 所以本文的工作选择 2k 族半导体 zno 为电子传输层, 与聚合物 p pv 联合制备成双层结构器 件, 其电致发光亮度比单层 p pv 器件高, 而启亮电压比单层器件

4、低.2实验p pv 薄膜是通过可溶性前驱物旋涂在 ito 导电玻璃上, 在真空度为510- 3 p a 的条件下, 经过250、2个小时聚合制备得到. 方块电阻为508 的 ito 导电玻璃用去离子水清洗至亲水性后使用.zno 层是用电子束蒸发制备的, 为便于同单层 p pv器件比较, 在镀 zno 层时, 用铝铂把样品遮住一半, 这样就可以得到制备条件相同的双层和单层器件. 铝电极是用热蒸发的方法制备的, 蒸镀的真空度为510- 3 p a. 器件的结构为:双层结构 (1) g la ssito p pv (约60 nm ) zno (50 nm ) a l; 单层结构 (2) c la s

5、sito p pv (约60 nm ) a l. 电致发光光谱是用日立 f 4010紫外可见分光光度计测量的.3结果与讨论当双层结构 (1) 的样品加正向偏压时( ito 加正向电压) ,在日光灯下可清晰观察3 国家自然科学基金和天津21世纪青年基金资助项目到绿色发光,启亮电压仅为4 v ,而同一条件下制备的单层结构 (2) 的启亮电压为7 v ,而且亮度也低很多. 从发光光谱看, 二者基本相同 (图1) ,这说明二者的发光来源相同, 即来自 p pv 层的发光.zno 的禁带宽度为3. 2 ev ,导带相对真空能级的能量为3.( 2.5 ev ) 高.4 ev , 这比 p pv 的l um

6、 o 能级对 于 从 铝 电 极 ( 功 函 数 为 4.2ev ) 注入的电子同 zno 层之间的势垒约0. 8 ev ,层之间的势垒 (约1.比铝电极同 p pv7 ev )小得多. 所以电子从铝电极注入到 zno 层比注入到 p pv 层容易, 双层器件 (1) 的启亮电压比单层图1f ig.双层器件 p pv zno 的电致发光谱1 e lec t ro lum ine scence sp ec t rum o fp pv zno dev ice.器件的启亮电压低, 这与实验结果符合.图2给出了单层 p pv 器件和以 zno 为传输 层的双层器件的亮度2电流曲线和这两种器件的p pv

7、电流2电压曲线. 从亮度2电流曲线可以看出, 两种结构样品的亮度随电流的变化相近,在电流为60 ma cm 2 时,基本为线性关系,只是单层 p pv器件的斜率小一些.双层器件的量子效率大约比单层器件高7倍; 在工作电压为10 v 时, 双层器件的功率效率大约是单层器件的5倍. zno 同铝电极之间的势垒比 p pv 同铝电极之间的势垒小得多, 而且zno 的电子迁移率也比 p pv的大很多,从而使电子注入 zno 层的效率比电子直接注入p pv 层的效率大. 从而使 zno 层的引入改善了器件的性能. 从电流2电压关系可以看出,双层器件的电流密度 j 与工作电压 v 之间在工作电压大于4v

8、时呈平方关系, 表现为空 间电荷限制电流特性, 与一种载流子平面注入, 以分立形式分布的陷阱模型相符合; 当工作电压小于4 v时, 表现为欧姆特性, 说明此时热生成载流子占主要地位. 而双层器件的阈值电压也在4 v 附近, 说明当电导从欧姆区至空间电荷限制电流区过渡处, 开始发光.图2 单层器件 p pv 及双层器件 p pv zno 的亮度2电流密度和电流密度2电压曲线f ig. 2 b r igh tne ss2cu r ren t den sity (a) and cu r ren t den sity2vo ltage (b ).(a)(b )加反向电压时, 没有观察到发光; 正向工作

9、电压时, 也没有发现 zno 层的发光, 发光发生在 p pv层,改变 p pv层的厚度,可以观察到 p pv 的重吸收现象,说明发光区域 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. http:/www.350发光学报第18卷在 p pv层,接近 p pv zno 界面处.4结论以 zno 作为电子传输层, p pv 为空穴传输层和发光层制备的电致发光器件的亮度和发光效率都比单层 p pv 器件高几倍, 发光区域在 p pv层内,接近 p pv zno 处,没有观察到 zn

10、o 层的发光, 也没有观察到反向发光. zno 层只起到电子传输的作用. 以无机半导体作载流子传输层, 改变有机聚合物的电致发光性能, 是有机电致发光研究的新尝 试.参考文献12345g reenh am , m o ra t t i n c , b rad ley s c et a l, n a tu re 1993, 356: 628.t ang c w , v an slyk e s a , c h en c h et a l, j. a pp l. p h y s. , 1989, 65 ( 9) : 3610. e ra m , m o r im o to s, t su t su

11、i t et a l, a pp l. p h y s. l e t t. , 1994, 65 ( 6) : 676.co lv in v l , sch lam p m c , a liv isa to s a p et a l, n a tu re 1994, 370 : 354.高观志, 黄 维, 固体中的电输运, 科学出版社, 1991, 180.el ectrol um inesence o f ppv us ing znoa s el ectro n tra nspo rt l ay ert en g f en gy an g x iao h u i x u zh en gh o

12、 u y an b in gx u x u ro n g( i nstitu te of op toelectron ics t ech nology , n or th ern j iaotong u n iv ersity , b eij ing 100044)( i nstitu te of m a ter ia l p hy sics , t ianj in i nstitu te of t ech nology , t ianj in300191)(l abora tory of e x cited s ta te p rocesses, c h inese a cad em y o

13、f s ciences, c h ang ch u nh u an g zo n gh ao130021)(d ep a r tm en t of c h em ica l, n or th east n orm a l u n iv ersity , c h ang ch u n130022)a bstra c tb y u sin g zno a s e lec t ro n t ran spo r t laye r an d p pv a s ho le t ran spo r t an d em issio n laye r, w e h ave co n st ru c ted o rgan icino rgan ic e lec t ro lum in e scen t dev ice. t h e sp ec t rumo f ito p pv zno a l is sim ila r to th a t o f ito p pv a l dev ice, b u t th e th re sho ld vo lt2age is o n ly 4v , it is low e r th an th a t o f sin g le laye r. t h e b r igh tn e ss is abo u t 6 t im e s h ig