有机电致发光器件(OLED)不仅是新一代平板显示技术中的一个亮点,而且是21世纪首选的绿色照明光源之一。目前阻碍OLED走上大批量实用化的关键性问题在于其工作寿命短,稳定性差。而OLED的界面性能直接影响到它们的稳定性和工作寿命,它是目前OLED研究的重点,全面而系统地研究界面特性包括界面形成机制是非常重要的,它的研究对OLED的应用开发和有机发光材料的设计具有理论和实际指导意义。 本博士论文介绍和总结了本人在读博期间所作的关于OLED的主要研究成果,其主要内容和结论如下: 1.首先详细研究了金属/有机界面(MOI)和金属/聚合物界面(MPI)的性能。 (1)建立了器件界面达到平衡态后的MOI内秉势的理论模型。把在光照下所产生电流与暗电流相等时所加的电压称为补偿电压,得出了内秉势与补偿电压之间关系是斜率为1的一次函数,且内秉势只与材料本身参数和温度有关。在温度较低时,内秉势即为补偿电压;在室温情况下,因受扩散运动的影响,补偿电压低于内秉势。 (2)通过芯电子XPS谱测量了器件开启后的MOI变化情况,以此研究界面上偶极层的形成对能级排列的影响。发现AIq3/A1与Alq3/Mg的O(1s)、C(1s)和N(1s)的结合能比裸Alq3膜的结合能要低,表明了界面上存在大量的电荷转移;Al(2p)XPS谱中新肩峰的出现表明Al已渗入到有机层中,与O和C发生了化学反应并生成了金属碳化物或金属—氧—碳的复合物。Alq3/A1偶极层宽度范围大约为5nm,偶极势的大小由金属功函数变化值与芯电子能级差决定,偶极层的负极指向有机层Alq3而正极指向金属,它的存在使金属费米能级升高,并且通过减少静电势能使有机层的LUMO能级降低,表明了偶极层的形成使电子注入势垒高度降低,形成了良好的电子注入界面。 (3)利用密度泛函理论和芯电子轨道在自洽场中逐步逼近法计算了Alq3/A1界面由于吸附引起的能级改变和金属功函数之间的关系:物理吸附引起的金属偶极势能△Dmet总是负值,化学偶极势Dchem是决定总偶极势方向的唯一重要因素。电荷转移较多时,化学偶极势|Dchem|大于金属表面偶极的变化△Dmet,偶极层产生的总效果使金属功函数升高,不利于电子的注入;当电荷转移份额较少时,Dchem<|△Dmet|,偶极层的存在使金属功函数降低,有利于电子的注入。 (4)采用蒸发法制备了4种器件:ITO/Alq3/A1,ITO/Alq3/LiF(1nm):Al,ITO/Alq3/LiF(1.5nm):Al,ITO/Alq3/LiF(2nm):Al,详细探讨了LiF缓冲层的插入对器件界面形貌、界面能级和发光特性的影响;建立了较为符合实际情况的金属+缓冲层/有机层界面的载流子隧穿理论模型,首次考虑了因电荷转移形成的偶极层对界面能级的改变和漏电流对注入电流的影响。采用WKB近似方法,得出了缓冲层的厚度、有机材料与缓冲层的电阻率之比,有机材料的最低电子未被占有轨道与缓冲层导带能级最小值之差是影响器件性能的主要参数,理论与实验结果非常接近。 (5)建立了载流子在金属/聚合物界面(MPI)的广义Monte-Carlo理论模型,载流子的注入效率与有机材料陷阱电荷密度及其空间和能量的无序度等参数有关,注入势垒