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作为一类非常重要的导电聚合物,聚噻吩及其衍生物具有优异的电化学活性、环境稳定性以及易加工型,被广泛应用于电学、光学等领域,其中,聚苯乙烯磺酸掺杂的聚(3,4-乙撑二氧噻吩),即PEDOT:PSS,以其优异的成膜性、薄膜透光性和电性能,被广泛地应用在光电器件中。
电化学聚合是制备导电聚合物薄膜的重要方法,本论文在环保型溶剂异丙醇体系中,对单体3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)进行电化学聚合,直接得到以ITO玻璃为基底的掺杂态聚合物薄膜,实现对有机发光二极管的阳极与有机层的界面修饰,最终达到优化器件性能的目的。研究工作主要包括以下几个部分:
1.采用恒电位方法在含有聚苯乙烯磺酸(PSSH)掺杂剂的环保型溶剂异丙醇中电化学聚合直接得到以ITO导电玻璃为基底的PEDOT:PSS薄膜。微观形貌表征显示,PSS-的掺杂是得到表面平整、粗糙度低的聚合物薄膜的关键因素;通过调整电解质溶液中掺杂剂PSSH的浓度,实现了调控产物中PEDOT与PSS-的含量比,当PSSH与异丙醇溶剂体积比Rv为1:400时,产物中PSS-的含量达到峰值;紫外-可见吸收光谱测试表明,当PEDOT:PSS薄膜厚度≤50nm时,其在可见光区域的透过率超过85%左右,具有优异的透光性。
2.将电化学聚合得到的PEDOT:PSS薄膜作为有机发光二极管的空穴注入层进行hole-only器件、单层器件以及多层器件的制备。Hole-only器件(ITO/PEDOT:PSS/Au)和双层器件(ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/Al)测试结果均表明,电化学PEDOT:PSS薄膜的引入提高了阳极ITO的空穴注入性能,当PEDOT:PSS薄膜的掺杂度RS/T值为1.36时,空穴注入性能相对最优,双层器件工作电压为7.7 V时亮度达到100 cd/m2,并在最大亮度和电流效率方面均优于使用旋涂PEDOT:PSS薄膜制备的双层器件。而且,使用电化学PEDOT:PSS薄膜制备的多层有机发光二极管ITO/PEDOT:PSS/NPB/Alq3/LiF/Al表现出优异的发光性能,其最大亮度与使用旋涂PEDOT:PSS薄膜制备的多层器件处于同一个数量级(~104 cd/m2),电流效率高达3.18 cd/A,高于使用旋涂PEDOT:PSS薄膜制备的多层器件,且在低电压区域的漏电流较低。使用电化学方法在ITO表面制备PEDOT:PSS薄膜,并直接用于OLED器件的制备,尚属首次报道。
3.将电化学方法应用到发光材料聚对苯撑乙烯(PPV)薄膜的制备中,采用恒电位电化学还原方法在二甲基亚砜电解质溶剂中得到了浅黄色产物PPV薄膜。荧光发射光谱表明产物具有很强的荧光发光性能,FTIR、能谱、紫外-可见光谱分析测试表明电化学还原方法得到的产物主要成分是PPV,随着聚合电压的降低(-1.4V~-2.0V),产物中的副产物比例降低,目标产物PPV的比例相应增加,且其共轭双键体系增强,导致荧光吸收峰强度逐渐增强。