有机电致发光器件载流子注入效率的研究

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1、有机电致发光器件载流子注入效率的研究王丽辉，徐征，孙力，陈小红摘要：文章从电极材料、结构、处理方法等角度出发，详细介绍了提高有机电致发光(EL)器件载流子注入效率的研究现状。关键词：有机电致发光器件；载流子注入；阴极；阳极中图分类号：TN383.1文献标识码：AStudyoncarrierinjectionefficiencyofOELdevicesWANGLi-hui,XUZheng,SUNLi,CHENXiao-hong(InstituteofOptoelectronicTechnology,

2、NorthernJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:ProgressinstudyoncarrierinjectionefficiencyofOEL(OrganicElectroluminescence)devicesispresentedinthispaper,withtheemphasisonfactorssuchaselectrodematerials,structuresandtreatments.Keywords:organic

3、electroluminescencedevices;carrierinjection;cathode;anode1引言近年来，有机EL器件以其独特的优势，如制备工艺简单、功耗低、颜色丰富、适于柔性衬底和大面积显示等，备受人们的关注。但有机EL器件仍存在如发光效率不高，亮度不够理想，工作寿命较短等问题。因此，如何提高有机EL器件的发光亮度和发光效率一直是人们所追求的目标。对有机EL器件来说，决定其发光亮度和发光效率的因素主要有：电极注入载流子的能力；载流子在器件内各层的传输；电子、空穴注入的平衡；

4、电子空穴对的辐射复合效率等。2理论有机EL器件属于载流子双注入型发光器件，电子和空穴分别从阴极和阳极向夹在电极之间的有机层注入，注入的电子和空穴在有机层中迁移，在这个过程中电子和空穴结合产生激子，再由激子产生发光。电极注入载流子的能力是决定其发光亮度和发光效率的主要因素之一，而载流子的注入效率和器件的各个界面有关。根据有机EL发光器件电极功函数Φ与有机层的费米能级Φ0的差别，可将电极与有机层的接触分为中性接触、欧姆接触和阻挡接触。对阴极，(1)当阴极功函数Φ与有机层的费米能级Φ0数值相等时，两者之

5、间的接触为中性接触。此时电子从阴极注入有机层的几率与其从有机层流入阴极的几率是相等的，界面处没有电荷积累，接触处载流子浓度与有机层内的载流子浓度相等；(2)当阴极功函数Φ低于有机层的费米能级Φ0时，接触为欧姆接触。欧姆接触时，电子将从阴极流向有机层，在接触处载流子的浓度要比有机层内的载流子浓度高。这种接触相当于一个载流子贮存器，可实现高效的载流子注入；(3)阴极功函数Φ高于有机层的费米能级Φ0时，电子将从有机层流向阴极，在有机层内形成一个耗尽层，阴极中的电子要进入有机层必须克服一个势垒。以上是针对

6、阴极与有机层接触时电子载流子的注入而言的。对于阳极空穴的注入则刚好相反：阳极功函数Φ高于有机层的费米能级Φ0时的接触为欧姆接触；而Φ低于Φ0时的接触为阻挡接触。所以，为了提高载流子的注入效率，得到高效的有机EL器件，应选择功函数低的材料作阴极，功函数高的材料作阳极，而且其中必须有一侧的电极是透明的。在有机EL器件中，载流子从电极向有机层的注入通常被认为是电子和空穴分别向有机层的LUMO能级（最低空轨道）和HOMO能级（最高被占据轨道）的注入。如图1所示，电子和空穴注入时所需克服的势垒(Φe，Φh)

7、通常是指阴极功函数与有机层的LUMO能级之间和阳极功函数与有机层的HOMO能级之间的势垒。一般认为，电子和空穴克服势垒注入到有机层遵从Fowler-Nordheim隧穿注入规律［1］，当把载流子注入所需克服的势垒考虑为三角势垒时，注入电流可用下式表示：I=AF2exp(-kΦ3/2/F)k=8π(2m*)1/2/3qh(1)式中，A为与材料有关的常数，F为电场强度，Φ为势垒高度，m*为载流子的有效质量，q为载流子的电荷，h为普朗克常数，I为电流。由此可见，在外加电场下，要提高载流子注入效率，希望势

8、垒高度越低越好。图1能级结构示意图Fig.1Structurediagramoftheenergyband为了提高有机EL器件的载流子注入效率，降低注入势垒，人们对电极从材料、结构和处理方法等方面进行了卓有成效的研究。3研究现状3.1阴极为了提高电子的注入效率，要求选用功函数低的材料作阴极。目前，有机EL器件的阴极主要有以下几种：［］(1)单层金属阴极。一般低功函数的金属都可以作为阴极材料，如Ag,Mg,Al,Li,Ca,In等2。其中最常用的是Al，这主要是考虑了稳定性和价格的因