溶液法制备单一/混合金属氧化物薄膜及其在有机光电器件中的应用

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MoO3和WO3是有机光电器件领域的两种有利金属氧化物材料,如:有机发光二极管(OLED)和有机光伏器件(OPV)领域,归因于其具有合适的功函数、良好的电荷传输、高的透射率和优异的热稳定性等优点。为了制备应用于器件中的MoO3和WO3薄膜,我们优选溶液法,因为其具有成本低廉、操作简单、可大面积制备且适用于柔性基板的优点。然而,关于WO3掺杂的MoO3薄膜的溶液法制备还没有被报道。本论文的研究目的是采用溶液法制备MoO3、WO3和WO3掺杂的MoO3薄膜,并将它们用作OLED和OPV器件中的阳极缓冲层。主要研究如下:一、MoO3、WO3和WO3掺杂的MoO3薄膜的溶液法制备及其性能研究。证实可以在ITO上成功制备均匀分布且没有缝隙的薄膜,如WO3掺杂的MoO3薄膜的SEM图像所示。薄膜的接触角实验表明,金属氧化物薄膜比PEDOT:PSS薄膜更疏水,且WO3比MoO3薄膜的疏水性更高。光物理实验表明,这些薄膜具有相似的高光学带隙和良好的透射率。二、将上述制备的薄膜作为阳极缓冲层应用到OLED器件中,并研究了其对器件性能的影响。首先,研究了一系列不同稀释溶剂和旋涂速度的MoO3阳极缓冲层制备的器件。基于这些器件的性能,确定了制备MoO3阳极缓冲层的最佳浓度和旋转速度。其次,通过研究基于不同WO3掺杂的MoO3阳极缓冲层的OLED器件,得到了最优的WO3掺杂浓度。发现基于MoO3的OLED器件,电流效率和量子效率略高于无阳极缓冲层的器件,但是低于PEDOT:PSS阳极缓冲层的器件。将WO3引入到MoO3中作为阳极缓冲层时,相比于PEDOT:PSS的器件,实现了电流效率和量子效率的显著改善(29%和31%)。另外,基于WO3掺杂MoO3的器件,随着掺杂浓度的增加,驱动电压逐渐降低。最后,研究了器件的稳定性,表明在ITO和有机层之间插入一层MoO3或WO3薄膜有助于提高器件的稳定性。三、将上述单一/掺杂的MoO3和WO3薄膜用作OPV器件中的阳极缓冲层,并研究了其对器件性能的影响。首先,通过对相应器件的制备和研究,优化了制备MoO3薄膜的旋转速度和溶液浓度。之后,研究了WO3掺杂浓度对OPV器件性能的影响。结果表明,基于优化的MoO3:WO3薄膜和基于MoO3薄膜的器件性能相当,而且均高于无阳极缓冲层的器件(2.38%vs 1.73%,2.47%vs 1.73%)。对暗态J-V曲线的研究表明,在研究的器件中,基于优化的MoO3:WO3薄膜的OPV器件具有最低的漏电流和最大的整流比,这表明优化的MoO3:WO3薄膜作为OPV器件中的阳极缓冲层有利于抑制载流子的重组,从而提高器件的性能。
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