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研究人员成功制备高性能超厚有机发光二极管

日期:2019-08-12    来源:physicsworld

国际新能源网

2019
08/12
17:37

关键词: 有机薄膜 钙钛矿 发光二极管

   研究人员将有机薄膜与有机-无机钙钛矿输运层相结合,制备出高性能的厚有机发光二极管(oled)。这种材料的发光效率与参考薄oled相同,可以用来制作价格低廉的显示器和屏幕,从所有视角都能发出相同的颜色。
  oled利用有机分子层来有效地将电转化为光。有机层被放置在两个电极之间,其中一个通常是透明的。它们是下一代显示器和照明的理想应用,但问题是,它们需要制作得薄至100纳米左右。这是因为有机分子虽然是很好的发光体,但通常是很差的导体。只有这样的薄层才能把电传输到设备的中心,即活跃的发光部分。
  薄层的缺点是不能完全覆盖基板上的缺陷和残留物。这些缺陷在电极之间产生分流路径。分流路径是一个麻烦,因为正是通过这些,电荷载体绕过有机层,而没有重组产生光。在电气短路的情况下,这将导致低效率甚至完全的设备故障。更重要的是,在薄层的前后之间反射的光会产生空腔效应,在大视角下会扭曲发射颜色。
  制作厚的电影
  较厚的有机传输层是解决这一问题的一种可能的方法,但是该层越厚,驱动电压就需要越高。
  尽管研究人员已经尝试用有机单晶来制造厚的oled,但它们无法大规模生产。他们还尝试用化学方法掺杂有机层以提高导电率,但在材料中出现了额外的光吸收带,降低了电致发光效率。
  日本九州大学的一个研究小组表示,他们现在可能已经找到了解决这一难题的办法--用有机-无机钙钛矿氯化亚甲基铵铅(MAPbCl3)代替有机分子作为转运层。在他们的设备中,研究人员在钙钛矿层之间夹了一层通常用于oled的发光分子。因此,他们能够将有源MAPbCl3层的总厚度增加到2000纳米,这是标准oled厚度的10倍以上,而不需要高驱动电压。
  这种薄膜的表面粗糙度也很低,这意味着它们可以更好地覆盖衬底,抑制可怕的分流路径的形成。它们也不吸收可见光,这就是为什么它们可以用来制造更厚的oled而不影响内部电致发光量子效率。
  由于x射线衍射图和薄膜的吸收光谱,研究人员还证实,即使在11天后,薄膜在空气中也是稳定的。他们说,另一个不可忽视的优势是,使用这些薄膜制成的oled可能更便宜,因为它们的成本低于有机材料。
  颠覆了30年的思考
  到目前为止,研究人员主要采用钙钛矿作为光发射源,钙钛矿具有ABX3结构,其中A为铯和甲铵(MA)或甲脒(FA), B为铅或锡,X为氯、溴或碘。这是因为由于它们的可调谐带隙,它们可以吸收太阳光谱波长范围很广的光。然而,在这项研究中,日本的研究小组只是把它们用于传输电能--它们在这方面也很好,因为载流子可以通过它们快速而长时间地扩散--并保留了用于发光部分的有机分子。通过这种方法,它能够生产出与参考薄oled具有相同发光效率的厚器件。
  研究小组负责人Chihaya Adachi说:“这些结果推翻了30年来人们认为oled仅限于薄膜的想法,为低成本、可靠和均匀地制造基于oled的显示器和照明开辟了新的道路。”“基于这项工作,钙钛矿将被视为一种多功能、高性能的材料,不仅用于oled,还用于其他有机电子设备,如激光器、存储设备和传感器。”

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