CN101556988A - 一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件，器件结构至少包括衬底、第一电极层、有机功能层、第二电极层，所述有机功能层包括电子传输层或者电子受体层，其特征在于，在电子传输层或者电子受体层中设置具有提高电子迁移率的非掺杂增益层，所述增益层的厚度小于5nm，材料是金属或者具有强吸电子基团的有机化合物。该器件克服了现有技术中存在的缺陷，能有效提高电子迁移率，平衡器件内部电子和空穴的载流子数量，并且结构简单、成本低、效率高。

Description

一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子元器件中有机光电子技术领域，具体涉及一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件。

背景技术

光电器件是指能进行光电或电光之间能量转换的器件，包括光电探测器、太阳能光伏电池、发光器件和激光器。这样的器件一般包含一对称为阴极和阳极的电极和至少一个夹在阴极和阳极之间的载荷层。根据光电器件的功能，一个或多个载荷层可以由相应于施加在电极的电压而发光的一种材料或多种材料构成，或者此层或多个层可以形成异质结，当暴露于光辐射时能够产生光电效应。所有这些基于有机半导体材料的功能性器件的诸多性质，都直接涉及和决定于两种荷电载体的传输过程，即电子和空穴的传输过程。然而目前所广泛使用的材料，其电子传输性能往往比空穴传输性能低两个数量级，使得器件性能难以提高。使用高性能的电子传输材料以及改善器件结构以提高电子在器件中的迁移，平衡电子和空穴的传输是目前研究的热点。

在有机电致发光(OLED)领域，为了使得发光层中电子和空穴的平衡，有报道在发光层中掺杂含有作为受电子掺杂剂或供电子掺杂剂的化合物，具体见200680016012.7(2006)，此专利主要在发光层中掺杂受电子和供电子掺杂剂，可能出现的结果是掺杂剂猝灭发光层中产生的激子，尤其是在发光层中掺杂碱金属材料，另外在有机材料中掺杂金属材料在工艺方面实现较为复杂，增加了设备的复杂程度和精度，提高了器件的实现难度和制作成本。

为了提高阴极电子注入而使电子空穴平衡，为了减小由阴极向有机化合物注入电子时遇到的势垒，也有研究在阴极层界面处引入一层金属掺杂层，从而提高电子注入，具体见98104283.X(1998)，此专利虽然把金属掺杂放在了电子传输层中，因为电子传输层靠近发光层，发光层中的激子扩散时同样会因为与金属原子的碰撞而猝灭，不利于提高器件性能。同时，电子传输材料中掺杂金属材料同样是有机材料和无机材料的混合制备，工艺实现难度大，不利于降低器件制作成本。

此外，在电子传输层与阴极间设置掺杂碱金属氟化物或碱土金属氟化物缓冲层的方法，具体见200510069612.7(2005)，对于金属材料和有机材料和混合制备会增加器件制备的工艺难度，同时可能影响材料的成膜特性，从而影响器件的性能。

另外，在电子传输层界面处采用金属或金属盐掺杂形成电子注入层从而提高电子注入，具体见01807496.0(2003)，此专利的效果只是局限在电子的有效注入，对于电子传输层中的电子迁移率的提高贡献不够明显，如果电子不能在有效寿命时间内与空穴复合形成激子，过量的电子在电子传输层中的堆积同样会影响器件的性能。

近年来，尽管有机光电子技术已取得长足的进步，但是目前的技术在有机光电器件领域中仍然存在很多瓶颈性问题：制作简单的结构器件、成本、效率都是影响器件实用化的重要因素，以及由于在器件内部电子迁移速率远小于空穴迁移速率，电子与空穴在传输过程中不平衡严重影响激子的形成而造成器件效率较低。

因此，提高电子在传输层或受体层中的传输能力，弥补有机电子传输材料较低的电子传输率，从而平衡电子和空穴是目前亟待解决的一个问题，也是提高有机光电子器件效率的一种卓有成效的途径。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件，该器件克服了现有技术中存在的缺陷，能有效提高电子迁移率，平衡器件内部电子和空穴的载流子数量，并且结构简单、成本低、效率高。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件，器件结构至少包括衬底、第一电极层、有机功能层、第二电极层，所述有机功能层包括电子传输层或者电子受体层，其特征在于，在电子传输层或电子受体层中设置有具有提高电子迁移率的非掺杂增益层，所述增益层的厚度小于5nm，材料是金属、金属盐或者具有强吸电子基团的有机化合物。

按照本发明所提供的有机光电子器件，其特征在于，增益层的层数是N，其中N的取值为1～10，N层增益层使用的材料相同或者不同；多层增益层中使用的材料相同，并且在电子传输层或电子受体层中分布时各层的厚度依次增加或减少；多层增益层中使用的材料不同，并且在电子传输层或电子受体层中分布时材料的电子迁移率依次升高或降低。

按照本发明所提供的有机光电子器件，其特征在于，所述金属包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In和Zn；金属盐包括上述金属的对应金属盐；具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率大于电子传输层或电子受体层中电子传输材料的电子迁移率，包括氟带寡聚物、有机硅电子传输材料和具有特殊结构的有机材料。

按照本发明所提供的有机光电子器件，其特征在于，具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率不低于2.0×10^-4cm²·V^-1·s^-1。

按照本发明所提供的有机光电子器件，其特征在于，有机电子传输层或电子受体层中的电子传输材料是金属配合物材料、噁二唑类电子传输材料或者咪唑类电子传输材料或者邻菲罗林类电子传输材料或者富勒烯类材料及其衍生物或者多环结合的化合物及其衍生物。

按照本发明所提供的有机光电子器件，其特征在于，所述金属配合物是8-羟基喹啉铝或者8-羟基喹啉镓或者双[2-(2-羟基苯基-1)-吡啶]铍，所述噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑，所述咪唑类电子传输材料是1，3，5-三(N-苯基-2-苯并咪唑-2)苯，所述邻菲罗林类电子传输材料是1，10-邻菲罗林衍生物或者是4，7-二苯基-1，10-邻菲罗林，所述富勒烯类材料是C₆₀或者C₇₀及其衍生物，所述多环结合的化合物是PTCDI，NTCDI，NTCDA及其衍生物。

本发明还提供一种有机光电子器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①利用丙酮溶液、去离子水和乙醇溶液对衬底进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将衬底传送至真空蒸发室中进行电极的制备，所述电极包括阳极层或者阴极层；

③将制备好电极的衬底移入真空室，进行等离子预处理；

④将处理后的衬底在高真空度的蒸发室中，开始进行功能层薄膜的蒸度，按照器件结构依次蒸镀功能层，所述功能层包括激子产生层、载流子传输层和单层或多层的非掺杂增益层，其中非掺杂增益层材料包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In和Zn以及上述金属对应的金属盐和具有强吸电子基团的有机化合物；

⑤在功能层蒸镀结束后在真空蒸法室中进行另一个电极的制备，所述电极包括阴极层或者阳极层；

⑥将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为惰性气体氛围；

⑦测试器件的光电特性，同时测试有机电致发光器件的发光光谱参数。

本发明提供的有机光电子器件，在电子传输层或电子受体层中加入非掺杂增益层，提高有机电子传输层或电子受体层中的电子传输率，平衡了电子和空穴的传输。其增益层的材料选择广泛，可以是金属、金属盐或者比电子传输层具有更高电子传输率的有机化合物。同时，相比传统的器件和一般具有增强电子注入和传输的掺杂型器件，本发明采用非掺杂工艺，增益层能够很方便的加入到电子传输层或者电子受体层，克服了有机物和金属及金属盐共蒸的技术难题，使器件结构更简单，制备工艺要求更低，有效降低成本，并显著的提高了器件的发光效率。本发明的另一个优点是可以在电子传输层中加入多个非掺杂增益层，并且多个非掺杂增益层使用的材料相同或者不同，按照材料不同的电子迁移率依次分布在电子传输层或者电子受体层中，或者用同种非掺杂材料根据电子传输层中的浓度梯度而改变多层非掺杂层厚度，能够更进一步提高有机光电子器件的效率。

附图说明

图1是本发明所提供的具有单层非掺杂增益层的有机电致发光器件的结构示意图；

图2是本发明所提供的具有多层非掺杂增益层的有机电致发光器件的结构示意图；

图3是本发明所提供的实施例1的结构示意图；

图4是本发明所提供的实例1器件在5V正向电压下的发光光谱的测试曲线；

图5是本发明所提供的实施例1器件在不同电压下的亮度测试曲线；

图6是本发明所提供的实施例2的结构示意图；

图7是本发明所提供的实施例3的结构示意图；

图8是本发明所提供的实施例4的结构示意图；

图9是本发明所提供的实施例5的结构示意图；

图10是本发明所提供的实施例6的结构示意图；

图11是本发明所提供的实施例7的结构示意图；

图12是本发明所提供的实施例8的结构示意图。

其中，10、第二电极层，20、电子受体层或者电子传输层，30、发光层，40、电子给体层或者空穴传输层，50、第一电极层，60、透明衬底，70、激子阻挡层、空穴阻挡层兼缓冲层，201、单层非掺杂增益层；202、多层非掺杂增益层，203、单层非掺杂增益层，204、单层非掺杂增益层，205、单层非掺杂增益层，206、单层非掺杂增益层，207、单层非掺杂增益层，208、多层非掺杂增益层，209、多层非掺杂增益层，210、单层非掺杂增益层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明的技术方案是提供一种非掺杂增益层电子传输层的有机光电子器件，如图1所示，具有单层非掺杂增益层的器件结构包括透明衬底60，第一电极层50，空穴传输层40，激子产生层30，电子传输层20，第二电极层10，单层非掺杂增益层201。

如图2所示，具有多层非掺杂增益层的器件结构包括透明衬底60，第一电极层50，空穴传输层40，激子产生层30，电子传输层20，第二电极层10，多层非掺杂增益层202。

如图3所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，空穴传输区40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，单层非掺杂增益层203。

如图6所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，电子给体层40，电子受体层20，阴极10，单层非掺杂增益层204。

如图7所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，电子给体层40，电子受体层20，激子阻挡层、空穴阻挡层及缓冲层70，阴极(第二电极层10)，单层非掺杂增益层205。

如图8所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，空穴传输层40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，单层非掺杂增益层206。

如图9所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，空穴传输层40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，单层非掺杂增益层207。

如图10所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，空穴传输层40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，多层非掺杂增益层208。

如图11所示，器件结构包括，透明衬底60，阳极(第一电极层50)，空穴传输层40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，多层非掺杂增益层209。

如图12所示，器件结构包括，透明衬底60，透明阳极(第一电极层50)，空穴传输层40，发光层30，电子传输层20，阴极(第二电极层10)，单层非掺杂增益层210。

本发明中的激子阻挡层、空穴阻挡层及缓冲层70材料为具有电子传输能力的空穴阻挡材料，如聚N-乙烯基咔唑、BCP、二(2-甲基-8-喹啉酸根合)三苯基硅烷醇(silanolate)铝(III)、二(2-甲基-8-喹啉酸根合)4-苯酚铝(III)或二(2-甲基-8-喹啉酸根合)4-苯基苯酚铝(III)。

本发明中透明衬底60为电极和有机薄膜层的依托，有一定的防水汽和氧气渗透的能力，有较好的表面平整性，它可以是玻璃或柔性基片，柔性基片采用聚酯类、聚酞亚胺化合物中的一种材料或者较薄的金属。

本发明中阳极(第一电极层50)作为有机电致发光器件正向电压的连接层，它要求有较好的导电性能、可见光透明性以及较高的功函数。通常采用无机金属氧化物(如氧化铟锡ITO，氧化锌ZnO等)、有机导电聚合物(如PEDOT:PSS，PANI等)或高功函数金属材料(如金、铜、银、铂等)。

本发明中的空穴传输层和电子给体层40材料为芳香族二胺类化合物或星形三苯胺化合物，或咔唑类聚合物。所述芳香族二胺类化合物可以是N，N’-双-(3-甲基苯基)-N，N’-二苯基-[1，1’-联苯基]-4，4’-二胺(TPD)或者N，N’-双(3-萘基)-N，N’-二苯基-[1，1’-二苯基]-4，4’-二胺(NPB)，所述星形三苯胺化合物可以是三-[4-(5-苯基-2-噻吩基)苯]胺(PTDATA系列)，所述咔唑类聚合物可以是聚乙烯咔唑(PVK)。

本发明中发光层30材料可以是荧光或磷光的有机化合物，包括各种颜色的发光主体材料和染料。

本发明中单层非掺杂增益层201、203、204、205、206、207和210材料为金属、金属盐和具有强吸电子基团的有机化合物，金属包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In、Zn等；金属盐为上述金属所对应的金属盐；具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率不低于2.0×10^-4cm²·V^-1·s^-1(包括但不限于氟代寡聚物分子结构如结构1和结构2所示，有机硅电子传输材料是2，5-二芳基硅(如PyPySPyPy)等，具有特殊分子结构的有机材料是三(9，9-二芳基)芴等；)

结构1：氟代寡聚物分子

结构2：氟代寡聚物分子

本发明中多层非掺杂增益层202、208和209材料为金属、金属盐和具有强吸电子基团的有机化合物，金属包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In、Zn等；金属盐为上述金属所对应的金属盐；具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率不低于2.0×10^-4cm²·V^-1·s^-1，包括但不限于氟代寡聚物分子结构如结构1和结构2所示，有机硅电子传输材料是2，5-二芳基硅(如PyPySPyPy)等，具有特殊分子结构的有机材料是三(9，9-二芳基)芴等。

非掺杂工艺与掺杂工艺比较，由于掺杂需要两种或两种以上的物质共同蒸镀，很难控制其掺杂浓度，并且由于要精确控制浓度配比，生产效率不高，尤其是金属材料和有机材料混合蒸发，金属原子可能会破坏有机材料的成膜特性，工艺实现难度更大，另外，有机材料中过量的载流子堆积和激子扩散会被金属原子猝灭，降低器件性能。因此非掺杂工艺制作成本和操作方法和更加简便，重复性更加稳定可靠。另一方面，本发明采用非掺杂工艺将金属、金属盐或者具有强吸电子基团的有机化合物置入到电子传输层或电子受体层中，能够显著的提高电子迁移率，器件性能大幅提高。同时，本发明所提供的置入多个非掺杂增益层的方法，能够根据电子传输层或电子受体层中的电子浓度的改变而有选择性的插入增益层，精确控制不同区域的电子传输，保持整个电子传输层或电子受体层中电子传输的高效性。相比之下掺杂同一浓度本就不易实现，改变不同区域的掺杂浓度配比更加难于实现和监控。

本发明所提供的非掺杂增益层限定在电子传输层或电子受体层，能够有效地提高电子传输的迁移率。与在注入层和电子传输层或电子受体层间掺杂或非掺杂的方式有本质区别，因为在界面处采用掺杂或非掺杂的方式仅仅是提高了电子的注入，对电子在有机层的传输并没有作出贡献。另一方面，在电子传输层或电子受体层内部采用非掺杂的方式，使得非掺杂的材料和发光层、阴极注入层隔离开，能有效的避免由于金属原子对激子的碰撞而产生的猝灭效应，这是采用掺杂方式所不可避免的。

其中，单层非掺杂增益层或多层非掺杂增益层各层的厚度均不超过5nm。当采用金属时，不仅能够提供充足的自由电子，而且金属与作为电子传输层或电子受体层的有机化合物之间形成欧姆接触，有利于金属中自由电子向有机物LUMO能级的跃迁，从而提高电子传输层中电子的传输。如若超过5nm，金属与有机物之间形成金半接触，虽然有大量的自由电子存在于金属中，但由于金属的功函数与有机物之间能级不匹配的问题，使得这些自由电子不能有效地利用，不能达到此发明所预期的效果。另一方面，在外加电场的情况下使得非掺杂增益层与阴极间的有机层被隔离，从阴极注入的电子被隔断，非掺杂增益层被作为新的阴极层与电子传输层或电子受体层接触，电子从非掺杂增益层注入，使得能级匹配的问题更加凸显。当采用金属盐作为材料时，金属盐中的阳离子作为电子受体，若非掺杂增益层过厚，从阴极注入的电子有可能被限制在增益层中，不利于电子向激子产生层的传递，从而影响电子迁移率进一步影响电子空穴的复合平衡。

对于具有强吸电子基团的有机化合物作为材料时，由于某些材料虽然具有良好的电子传输性能但其成膜性不佳，倘若作为非掺杂增益层超过5nm，受其成膜不均匀的影响，漏电流增大，使器件的寿命和效率都受到影响，不仅不能达到预期效果，更有可能降低器件的性能。更重要的是，由于能级匹配的问题，对于有机化合物作为非掺杂增益层置入电子传输层或电子受体层中时，其电子传输是利用隧穿效应的原理，如果非掺杂层太厚，隧穿效应不能实现，从而并不能增强电子的迁移。

本发明中电子传输层和电子受体层20材料为金属配合物材料、噁二唑类电子传输材料或者咪唑类电子传输材料或者富勒烯类材料或者多环结合的化合物及其衍生物，金属配合物是8-羟基喹啉铝或者8-羟基喹啉镓或者双[2-(2-羟基苯基-1)-吡啶]铍等，噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑等，咪唑类电子传输材料是1，3，5-三(N-苯基-2-苯并咪唑-2)苯等，所述邻菲罗林类材料是1，10-邻菲罗林衍生物或者4，7-二苯基-1，10-邻菲罗林，所述富勒烯类材料是C₆₀，C₇₀等，所述多环结合的化合物是PTCDI，NTCDI，NTCDA及其衍生物等。

本发明中阴极层10作为器件负向电压的连接层，它要求具有较好的导电性能和较低的功函数，阴极通常为金属材料锂、镁、钙、锶、铝、铟、铜、金、银或它们的合金；或者一层很薄的缓冲绝缘层(如LiF、MgF₂等)和前面所提高的金属或合金。

采用本发明制备的有机光电子器件结构举例如下：

玻璃/ITO/空穴传输层/发光层/具有单层非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/ITO/空穴传输层/发光层/具有多层同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/ITO/空穴传输层/发光层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/ITO/电子给体层/具有单层非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/ITO/电子给体层/具有多层同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/ITO/电子给体层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/ITO/电子给体层/电子受体层/具有单层非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

玻璃/ITO/电子给体层/电子受体层/具有多层同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

玻璃/ITO/电子给体层/电子受体层/具有多层不同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

玻璃/金属电极层/具有单层非掺杂增益层的电子传输层/发光层/空穴传输层/阳极层；

玻璃/导电聚合物/空穴传输层/发光层/具有单层非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/导电聚合物/空穴传输层/发光层/具有多层同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/导电聚合物/空穴传输层/发光层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/具有单层非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/具有多层同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/电子受体层/具有单层非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/电子受体层/具有多层同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

玻璃/导电聚合物/电子给体层/电子受体层/具有多层不同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/空穴传输层/发光层/具有单层非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

柔性聚合物衬底/ITO/空穴传输层/发光层/具有多层同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

柔性聚合物衬底/ITO/空穴传输层/发光层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子传输层/阴极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/具有单层非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/具有多层同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/具有多层不同种非掺杂增益层的电子受体层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/电子受体层/具有单层非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/电子受体层/具有多层同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层；

柔性聚合物衬底/ITO/电子给体层/电子受体层/具有多层不同种非掺杂增益层的激子阻挡层兼缓冲层/金属电极层。

以下是本发明的具体实施例：

实施例1

如图3所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输层20具有非掺杂的单层金属薄层203。

器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq₃，空穴传输材料为NPB，非掺杂单层金属薄层203的材料为Mg，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构A描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(50nm)/Mg(2nm)/Alq₃(20nm)/Mg:Ag(100nm)

制备方法如下：

①利用丙酮溶液、去离子水和乙醇溶液对导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为12Ω/sq，膜厚为180nm。

②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为0～20W。

③将处理后的基片在高真空度的蒸法室中，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照如上所述的器件结构依次蒸镀空穴传输材料和发光材料NPB为20nm，电子传输材料Alq₃层50nm，各有机层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

④在Alq₃蒸镀50nm后蒸镀非掺杂增益层Mg 2nm，其气压为3×10^-3Pa，蒸镀速率为～0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑤在Mg层蒸镀完后，蒸镀Alq₃层20nm，蒸镀速率为～0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑥在有机层蒸镀结束后进行金属电极的制备。其气压为3×10^-3Pa，蒸镀速率为～1nm/s，合金中Mg、Ag比例为～10∶1，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑦将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为99.999％氮气氛围。

⑧测试器件的电流-电压-亮度特性，同时测试器件的发光光谱参数。

作为对比器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq₃，空穴传输材料为NPB，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构B描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(50nm)/Mg:Ag(100nm)

制备方法同上。

对比器件在5V正向驱动电压下的发光光谱参见附图4。

对比器件在不同电压驱动下的亮度参见附图5。

实施例2

如图6所示，有机太阳能电池器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的单层金属薄层204。

器件的有机电子受体材料为C₆₀，电子给体材料为CuPc，非掺杂单层金属薄层204的材料为Mg，金属电极层用金属Ag，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/CuPc(40nm)/C₆₀(30nm)/Mg(2nm)/C₆₀(10nm)/Ag(100nm)器件的制备流程与实施例1相似。

实施例3

如图7所示，有机太阳能电池器件的结构中激子阻挡层兼缓冲层70中具有非掺杂的单层金属薄层205。

器件的有机电子受体材料为C₆₀，电子给体材料为CuPc，激子阻挡层兼缓冲层材料为BCP，非掺杂单层金属薄层205的材料为Mg，阴极层用金属Mg，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/CuPc(40nm)/C₆₀(40nm)/BCP(20nm)/Mg(2nm)/BCP(10nm)/Ag(100nm)

器件的制备流程与实施例1相似。

实施例4

如图8所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的单层金属薄层206。

器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq3，空穴传输材料为NPB，单层金属薄层206的材料为Ag，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(50nm)/Ag(2nm)/Alq₃(17nm)/Mg:Ag(100nm)

器件的制备流程与实施例1相似。

实施例5

如图9所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的单层金属薄层207。

器件的有机电子传输材料为TPBI，空穴传输材料和发光材料为NPB，单层金属薄层207的材料为Mg，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(50nm)/TPBI(20nm)/Mg(2nm)/TPBI(20nm)/Mg:Ag(100nm)

器件的制备流程与实施例1相似。

实施例6

如图10所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的多层金属薄层208。

器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq₃，空穴传输材料为NPB，多层金属薄层208的材料为Mg，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(20nm)/Mg(3nm)/Alq₃(20nm)/Alq₃(20nm)/Mg(2nm)/Alq₃(20nm)/Mg:Ag(100nm)

器件的制备流程与实施例1相似。

实施例7

如图11所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的多层金属薄层209。

器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq₃，空穴传输材料为NPB，多层金属薄层209的材料为Mg和Ag，阴极层用Mg:Ag合金，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(20nm)/Mg(2nm)/Alq₃(20nm)/Alq₃(20nm)/Ag(2nm)/Alq₃(20nm)/Mg:Ag(100nm)

器件的制备流程与实施例1相似。

实施例8

如图12所示，有机电致发光器件的结构中的电子传输区20具有非掺杂的单层金属薄层210。

器件的有机电子传输材料和发光材料为Alq₃，空穴传输材料为NPB，单层金属薄层210的材料为Mg，阴极层用Mg:Ag合金与ITO，整个器件结构描述为：

玻璃衬底/ITO/NPB(20nm)/Alq₃(50nm)/Mg(2nm)/Alq₃(20nm)/Mg:Ag(10nm)/ITO(40nm)

器件的制备流程如下：

①利用丙酮溶液、去离子水和乙醇溶液对导电基片ITO玻璃进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干。其中玻璃衬底上面的ITO膜作为器件的阳极层，ITO膜的方块电阻为12Ω/sq，膜厚为180nm。

②将干燥后的基片移入真空室，在气压为20Pa的氧气压环境下对ITO玻璃进行低能氧等离子预处理10分钟，溅射功率为～20W。

③将处理后的基片在高真空度的蒸法室中，开始进行有机薄膜的蒸镀。按照如上所述的器件结构依次蒸镀空穴传输材料和发光材料NPB为20nm，电子传输材料Alq₃层50nm，各有机层的蒸镀速率0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

④在Alq₃蒸镀50nm后蒸镀非掺杂增益层Mg 2nm，其气压为3×10^-3Pa，蒸镀速率为～0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑤在Mg层蒸镀完后，蒸镀Alq₃层20nm，蒸镀速率为～0.1nm/s，蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑥在有机层蒸镀结束后进行金属电极的制备。其气压为3×10^-3Pa，蒸镀速率为～1nm/s，合金中Mg、Ag比例为～30∶1，膜层厚度为100nm。蒸镀速率及厚度由安装在基片附近的膜厚仪监控。

⑦在Mg、Ag合金层上射频溅射ITO薄膜40nm，溅射功率5W，沉积速率为0.3nm/min。

⑧将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为99.999％氮气氛围。

⑨测试器件的电流-电压-亮度特性，同时测试器件的发光光谱参数。

Claims (7)

1、一种具有非掺杂增益层的有机光电子器件，器件结构至少包括衬底、第一电极层、有机功能层、第二电极层，所述有机功能层包括电子传输层或者电子受体层，其特征在于，在电子传输层或电子受体层中设置有具有提高电子迁移率的非掺杂增益层，所述非掺杂增益层的厚度小于5nm，材料是金属、金属盐或者具有强吸电子基团的有机化合物。

2、根据权利要求1所述的有机光电子器件，其特征在于，增益层的层数是N，其中N的取值为1～10，N层增益层使用的材料相同或者不同；多层增益层中使用的材料相同，并且在电子传输层或电子受体层中分布时各层的厚度依次增加或减少；多层增益层中使用的材料不同，并且在电子传输层或电子受体层中分布时材料的电子迁移率依次升高或降低。

3、根据权利要求1所述的有机光电子器件，其特征在于，所述金属包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In和Zn；金属盐为上述金属对应的金属盐；具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率大于电子传输层或电子受体层中电子传输材料的电子迁移率。

4、根据权利要求3所述的有机光电子器件，其特征在于，具有强吸电子基团的有机化合物的电子迁移率不低于2.0×10^-4cm²·V^-1·s^-1。

5、根据权利要求1所述的有机光电子器件，其特征在于，电子传输层或电子受体层中的电子传输材料是金属配合物材料、噁二唑类电子传输材料或者咪唑类电子传输材料或者邻菲罗林类电子传输材料或者富勒烯类材料及其衍生物或者多环结合的化合物及其衍生物。

6、根据权利要求5所述的有机光电子器件，其特征在于，所述金属配合物是8-羟基喹啉铝或者8-羟基喹啉镓或者双[2-(2-羟基苯基-1)-吡啶]铍，所述噁二唑类电子传输材料是2-(4-二苯基)-5-(4-叔丁苯基)-1，3，4-噁二唑，所述咪唑类电子传输材料是1，3，5-三(N-苯基-2-苯并咪唑-2)苯，所述邻菲罗林类电子传输材料是1，10-邻菲罗林衍生物或者是4，7-二苯基-1，10-邻菲罗林，所述富勒烯类材料是C₆₀或者C₇₀及其衍生物，所述多环结合的化合物是PTCDI，NTCDI，NTCDA及其衍生物。

7、一种有机光电子器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①利用丙酮溶液、去离子水和乙醇溶液对衬底进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

②将衬底传送至真空蒸发室中进行电极的制备，所述电极包括阳极层或者阴极层；

③将制备好电极的衬底移入真空室，进行等离子预处理；

④将处理后的衬底在高真空度的蒸发室中，开始进行功能层薄膜的蒸镀，按照器件结构依次蒸镀功能层，所述功能层包括激子产生层、载流子传输层和单层或多层的非掺杂增益层，其中非掺杂增益层材料包括Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ag、Al、Ga、In和Zn以及上述金属对应的金属盐和具有强吸电子基团的有机化合物；

⑤在功能层蒸镀结束后在真空蒸法室中进行另一个电极的制备，所述电极包括阴极层或者阳极层；

⑥将做好的器件传送到手套箱进行封装，手套箱为惰性气体氛围；

⑦测试器件的光电特性，同时测试有机电致发光器件的发光光谱参数。

Images