中國(guó)華南理工大學(xué)(South China University of Technology)的研究人員設(shè)計(jì)出一種直接采用p-n接面的高效率有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)，取代在p型傳輸層與n型電子傳輸層之間夾入有機(jī)發(fā)光層(EL)的傳統(tǒng)途徑。
研究人員們?cè)趪?guó)際光電工程學(xué)會(huì)(SPIE)的期刊中發(fā)表其研究：“實(shí)現(xiàn)高性能和低成本的螢光有機(jī)LED”(Realizing high-performance and low-cost fluorescent organic LEDs)，文中描述一種可直接作為發(fā)光中心的純有機(jī)p-n接面。
研究人員解釋，這種平面元件是由垂直夾層于銦鍚氧化物陽(yáng)極與氟化鋰/鋁陰極之間的p-型和n-型有機(jī)半導(dǎo)體組成，不僅比基于氧化層的元件更易制造，同時(shí)也較傳統(tǒng)OLED (其介面通常具有發(fā)射與傳輸層誘導(dǎo)通過(guò)能量阻障)具有更低的驅(qū)動(dòng)電壓。
研究人員表示，“該元件的發(fā)光行為是從p型和n型材料釋放協(xié)同能量的結(jié)果，這與傳統(tǒng)從單分子發(fā)射器產(chǎn)生光的OLED不同。”
p-n接面結(jié)構(gòu)的OLED (pn-OLED)元件配置圖
研究人員使用1,1-bis[4-[N,N-di(p-tolyl)-amino]phen yl] 環(huán)己烷 (TAPC)作為P型半導(dǎo)體，以及2,4,6-tris(3-(pyridin-3-yl)phenyl)-1,3,5-triazine (TmPyTZ)作為內(nèi)部開發(fā)的n型半導(dǎo)體，為其提供了強(qiáng)勁的電子吸收性能以及良好的電子傳輸能力。
由此取得的pn-OLED表現(xiàn)出高達(dá)12%的峰值外部量子效率(η ext)，為元件帶來(lái)20%的光輸出藕合效率，并被轉(zhuǎn)換成60%的內(nèi)部量子效率(η int)，超過(guò)傳統(tǒng)螢光發(fā)光器的理論最大效率——25%。
研究人員只要改變p-n接面所使用的材料組合，就能調(diào)變其pn-OLED的發(fā)光顏色，為采用4,4',4”-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA)作為p型傳輸層的堆疊，展示綠光pn-OLED具有高達(dá)10%以上的外部量子效率。pn-OLED需要低作業(yè)電壓，使其適用于低功耗的可攜式裝置。
p型與n型有機(jī)半導(dǎo)體材料的分子結(jié)構(gòu)
研究人員期望將有機(jī)主動(dòng)p-n接面的概念擴(kuò)展到其他可能的用途，包括光電探測(cè)器、電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體雷射，以及有機(jī)發(fā)光二極管。
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