Effect of Graphene Oxide Doped PEDOT:PSS as a Hole Injection Layer on the Luminescence Performance of Organic Light-Emitting Diodes

We prepared organic light-emitting diodes (OLED) using graphene oxide (GO) doped poly(3,4ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) as a hole injection layer (HIL). The PEDOT:PSS: GO HIL layer was prepared by mixing GO into a PEDOT:PSS aqueous solution and spin-coating onto indiumtin oxide (ITO). The luminance of the ITO/PEDOT:PSS:GO (w)/NPB/Alq3/LiF/Al devices were investigated. High luminance and luminous efficiency at a low turn-on voltage were observed when using PEDOT:PSS:GO as the HIL layer in OLEDs. This can be attributed to its enhanced hole injection ability, conductivity and transparency compared to a PEDOT:PSS HIL layer based OLED. The optimized OLED containing PEDOT:PSS:GO (0.8%, 377 Acta Phys. -Chim. Sin. 2015 Vol.31 1 引 言 有机发光二极管(OLED)具有响应速度快、亮度 高、视角宽、抗震性能好、可实现柔性显示等特点, 有望成为下一代平板显示、固态照明和柔性电子设 备的首选.在OLED器件三明治结构中,空穴注入 层的空穴注入能力、导电率和透光率是影响器件效 率的重要因素. 聚(3,4-亚乙二氧基噻吩):聚(苯乙 烯磺酸) (PEDOT:PSS)的功函数大概在-5.0 eV, 位 于氧化铟锡(ITO)的功函数(-4.7 eV)与常用的有机 半导体材料最高占据分子轨道(HOMO)能级之间, 因此其水溶液通过旋涂和退火成膜后,常用来作为 OLED器件中的空穴注入层. 然而, PEDOT:PSS 经湿法旋涂制备的薄膜导电率往往不理想, 致使 OLED器件的效率不高. 为解决这一问题, Zhou 等 用轻微氧等离子体处理PEDOT:PSS薄膜,使其 空穴注入性能得到了改善,器件的驱动电压降低、 发光性能得到了提高. 侯延冰课题组 以及 Sevim 和Mutlu对 PEDOT:PSS薄膜进行了电场和热处 理,并将其作为空穴注入层制备了聚合物电致发光 器件(PLED),提高了器件的空穴注入能力. Wang等 16 利用多璧碳纳米管(MWCNTs)的金属或半金属特 性, 将其掺杂到 PEDOT:PSS中提高了空穴注入能 力,从而改善了OLED器件的发光性能. Qian等 利 用脱水的纳米管钛酸(DNTA)掺杂PEDOT:PSS制备 了柔性OLED器件, PEDOT中的硫原子和DNTA的 相互作用抑制了PEDOT分子的噻吩和发光层聚[2甲氧基-5-(2'-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEHPPV)分子中乙烯撑的相互作用而使整个器件的性 能提高. 显然, 通过对 PEDOT:PSS 掺杂是提高 OLED器件发光性能的一条有效途径,然而,掺杂空 穴注入层影响器件发光性能的机理还有待深入的 研究. 氧化石墨烯(GO)作为制备石墨烯的重要前驱 体, 具有类似石墨烯的二维结构, 其表面及外围存 在羟基、羧基、环氧基等官能团,赋予其较好的水溶 性(如图 1(a)所示).另外, GO的HOMO能级和最低 未占据分子轨道(LUMO)能级分别为-4.9和-1.3 eV,作为宽带隙材料已被应用在有机太阳能电池、 OLED等有机光电子器件中. 目前为止, GO在 OLED器件中的应用还主要围绕其对器件导电率的 影响等方面开展研究.而GO掺杂PEDOT:PSS对 空穴注入层透光率的影响以及对导电率和透光率 协同作用后对OLED器件发光性能的影响尚未见报 道. 在本文中, 我们利用 GO的水溶性, 将其与 PEDOT:PSS 水溶液混合均匀, 研究了 GO 掺杂 PEDOT:PSS作为空穴注入层对OLED器件发光性 能影响的机理. 2 实验部分 2.1 实验材料 GO按照改进的Hummer法 合成. PEDOT:PSS (Clevios P VP AI4083)购于德国Heraeus公司(HOMO, -5.2 eV),其分子结构如图1(b)所示. N,N'-二苯基-N, N'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(NPB)和三(8-羟基喹 mass fraction) composite HIL layer shows a transmission value of 96.8%, maximum luminance and luminous efficiency of 17939 cd∙m-2 (at 7.5 V) and 3.74 cd∙A-1 (at 5.5 V), respectively. These were 46.6% and 67.6% higher, respectively, compared to the reference OLED containing a PEDOT:PSS HIL layer.