碱金属掺杂Zno薄膜在有机发光二极管中的应用

引言

有机发光二极管(OLEDs)作为节能照明和大面积柔性显示器的一种有前途的技术已经被广泛研究。通常，有两种主要用于有机发光二极管的器件结构，即常规结构和倒置结构。与传统结构相比，使用空气稳定金属作为顶部阳极和氧化锢锡(IT0)作为阴极的倒置有机发光二极管(lOLEDs)被认为是改善平板显示器的稳定性和卷对卷制造工艺的有利途径。在人工发光二极管器件中，氧化钢锡用作电子注入阴极，而金属电极用作空穴注入阳极。为了便于电子 从氧化锢锡注入上部电子传输层或发光层，电子注入层通常被涂覆在氧化锢锡阴极上。

实验

在本文中使用的所有材料都是从商业来源购买的，使用时没有进一步纯化。通过将氧化锌粉末溶解在铵溶液中以形成0.1 M Zn(NH3)2+络合物前体饱和溶液来制备氧化锌前体溶液。将溶液冷藏几十小时以促进氧化锌粉末溶解。然后，将不同摩尔比(3、5和10%)的M2CO3加入到前体溶液中，以制备M2CO3掺杂的Zn(N H3)2+配合物前体溶液。将薄层电阻为15 Q2/平方的图案化氧化铟锡(ITO)玻璃基板在超声波浴中用去污剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续清洗，然后在使用前将其在80℃的烘箱中保持12小时进行干燥。

使用紫外-可见-近红外分光光度计在室温下记录紫外-可见透射率。功函数是用紫外光电子能谱仪测定的。X射线光电子能谱(XPS)测量是使用X射线光电子能谱仪实现的。利用精工仪器SPA 400原子力显微镜系统，采用接触式原子力显微镜技术研究了薄膜的表面形貌。用于上述测量的膜是在用于制造器件的相同条件下制备的，以便能够进行精确的比较。

结果和讨论

图1显示了氧化锌基人工晶状体的器件结构。EDs和相应的能级图。在这种人工晶状体装置中，Alq薄膜作为发射层，NPB和Bphen薄膜分别是空穴传输和ETLs。 此外，三氧化钼和氧化锌分别用作空穴注入层和EII。作为比较，除了ZnO:M2CO3层之外，所有器件都具有相同的发射极层和功能层。为了研究M2CO3掺杂对ZnO EIL薄膜性能和掺杂ZnO基发光二极管器件性能的影响，在ZnO薄膜中掺杂了不同浓度的M2CO3掺杂剂，包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3和Cs2CO3。

图1 (A)碱金属碳酸盐掺杂的氧化锌(ZnO:M C03) EIL基倒置有机发光二极t(IOLEDs)的器件结构和(B)所研究材料的能级图

本研究采用简单的湿化学掺杂方法，以M2CO3和锌氨络合物的混合水溶液为前驱体，制备了ZnO:M2CO3薄膜。详细的制造过程包括以下三个步骤:(1)通过将ZnO粉末溶解在铵溶液中来制备Zn(NH3)ỉf复合物前体。(2)通过旋涂Zn(NH3)2+:M2CO3前驱体，然后在200℃热退火15分钟以实现从zn(nh3)ả+ co complex到ZnO的转化，制备了掺杂的ZnO:M2CO3薄膜。利用锌氨络合物水溶液制备氧化锌薄膜是最有前途的方法之一，因为它具有低温易操作的优点。

在人工晶体中，EIL在可见波长区域的透明度将极大地影响器件的输出效率，因为出射光必须穿过曰L。出门前铺一层。为了研究M2CO3掺杂对Zn。薄膜透明性的影响，对薄膜的透射光谱进行了研究。

为了研究M2CO3掺杂对人工晶体器件性能的影响，制备并表征了一系列基于ZnO：M2CO3EILs的绿色人工晶体，具有不同的掺杂浓度（3、5和10%）或不同的M2CO3掺杂剂（Li2CO3、Na2 CO3、K2CO3和Cs2CO3）。图2表示基于具有不同K2CO3掺杂浓度的纯ZnO或掺杂ZnO：K2CO3EILs的IOLEDs的电流密度-亮度-电压（J-L-V）、电流效率和功率效率特性。表1总结了相关的光电参数。如图2A和表1所示，基于纯ZnOEIL的IOLED显示出5.2V的驱动电压、15,430cd/m2的最大发光、3.92cd/A的最大电流效率和1.81Im/W的最大功率效率。通过在ZnOEIL中引入K，CO3,器件显示出明显增强。

图2 （A）基于纯氧化锌和不同钾钻掺杂浓度的掺杂氧化锌:钾钻电池的电流效率和功率效率特性

表1 基于不同K2CO3掺杂浓度的纯ZnO或掺杂ZnO：K2CO3薄膜的人工晶体器件性能

为了进一步研究ZnO:M2CO3 EIL的工作稳定性。在人工晶体中，我们选择了氧化锌:K2COEIL作为测量ZnO:M2CO3 EIL工作寿命的例子。基于人工智能，工作寿命在25小时后下降到50%。该装置的显微照片显示，暗应变发生在发光区域的边缘。器件的寿命不令人满意可能是由于氧化锌:K2CO3薄膜的不稳定性质，可能是由于碱金属钾离子的存在。正如Takada等人报道的那样，碱金属离子可能在外部电压的作用下扩散到有机发光二极管器件的发射极层中，这将导致光致发光的猝灭。同时，氧化锌的空气稳定性:M2CO3 EIL。基于人工晶状体的研究也在进行。

对于没有在空气中保持超过3小时的封装的器件，可以清楚地观察到暗点的形成和从发光区域边缘的收缩。该装置的空气稳定性差也应归因于IOLED装置中碱金属化合物的存在。碱金属化合物具有不良性质，如对湿气的强亲和力和与氧气的反应性，这将显著导致有机发光二极管器件的退化。

总结

我们已经发现了使用溶液处理的ZnO:M2CO3作为EIL的高效人工晶体。和作为发射极层的Alq3。一系列M2CO3，包括Li2CO3、Na2CO3、K2CO3和Cs2CO3，被引入到ZnO EIL中。这提高了人工晶体的电子注入效率。我们的发现表明，与对照纯ZnO EIL基人工晶体相比，掺杂ZnO:M2CO3的EIL基人工晶体具有明显改善的器件性能。氧化锌:K2CO3 EIL基离子液体的最佳电流效率为6.04 cd A-1，比纯氧化锌EIL提高了54%。基于设备增强归因于增加的电子迁移率和降低的势垒高度，用于更有效的电子注入。我们的结果表明，掺杂的氧化锌：三氧化二锰EIL在高效的溶液处理有机电致发光器件中具有潜在的应用前景。