低温溶液法制备的氧化铝在有机光电器件中的研究

【摘要】通常，为了获得一个高性能的有机光电器件(如有机太阳能电池、有机发光二极管等)，一方面要选取高性能的有机半导体材料，另一方面则要降低有机光电器件中有机层和电极之间界面的能垒，促进与平衡电子和空穴的传输、收集或者注入。对有机场效应晶体管而言，除了选用高载流子迁移率的有机半导体材料之外，高电容值的栅极绝缘层也是获得低工作电压、低能耗的OFETs的必不可少的因素。因此，近年来，高性能有机半导体材料以及界面层材料的研发受到了广泛的关注。本论文主要研究一种低温溶液法制备氧化铝薄膜的方法，我们分别用TGA、XRD、XPS和EDS等表征方法来研究alumina的形成以及alumina中的Al和O的元素比；其次，我们还用AFM、SEM以及UPS来分析通过此低温溶液法制备的alumina在ITO基底和Si基底上的表面形貌以及超薄alumina-coatedITO的表面功函数。最后，我们对此低温溶液法制备的氧化铝薄膜分别作为电子收集层、电子注入层和栅极绝缘层在有机太阳能电池、有机发光二极管和有机场效应晶体管器件中的性能进行了研究：(1).超薄氧化铝薄膜作为电子收集层在基于P3HT:PCBM的有机太阳能电池中的研究，器件结构为ITO/alumina/P3HT:PCBM/MoO3/Al。实验发现，电池器件的效率PCE为3.66%，较ZnO作为电子收集层的标准参照器件的PCE(3.05%)有20%的提高。(2).超薄氧化铝薄膜作为电子注入层(EIL)在有机发光二极管中的研究，其器件结构为ITO/alumina/ETL/EML/HTL/HIL/Al。实验发现，基于单层未掺杂Alq3作为荧光发光层以及alumina作为EIL的OLEDs器件在注入电流密度为10mA/cm2的条件下，器件的电流效率为5.12cd/A；以及在注入电流密度为40mA/cm2的条件下，器件的电流效率高达为5.5cd/A。与此同时，我们也获得了一个相对高效率的、基于alumina作为电子注入层的磷光OLEDs。我们对基于alumina作为EIL的荧光OLED器件的寿命与常规参照荧光OLED器件的寿命进行了比较，发现基于alumina的OLED的寿命是参照OLED器件寿命的5倍以上。(3).氧化铝薄膜作为绝缘层在基于并五苯(pentacene)有机半导体的有机场效应晶体管中的研究。实验发现，在漏极电压VD=-1V条件下，基于alumina的OFET器件的空穴迁移率为2.7cm2/Vs，阈值电压为-1.4V，电流开关比大于105；此外，我们还考察了alumina在基于柔性PET/ITO基底的OFETs的性能，实验发现在漏极电压VD=-1V条件下，器件的阈值电压为~-0.7V，电流开关比大于105以及空穴迁移率为~1.8cm2/Vs。
【作者】彭军；
【导师】马万里；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】氧化铝；低温；溶液法；有机太阳能电池；电子收集层；有机发光二极管；电子注入层；有机场效应晶体管；绝缘层；

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