CN102542926B - 有机光伏电致发光联用的显示器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机光伏电致发光联用的显示器件及其制备方法，该器件包括设置在同一块玻璃基板的两侧的有机光伏器件和有机电致发光器件，有机光伏器件的金属阴极与有机电致发光器件的ITO导电层相连，有机光伏器件的阳极ITO导电层与有机电致发光器件的阳极ITO导电层相连。本发明采用有机光伏器件作为直流电源，给发光器件提供直流电压驱动，有机光伏器件产生的开路电压较小，发明中采用多个小块器件，形成串联电池的结构以满足发光器件所需的驱动电压。有机电致发光器件中电子注入层是透明的功函数较低的多晶LaB6，发光器件可以同时实现顶发光和底发光，发光器件的底发光透过玻璃另一表面的Ag电极层反射回去，可以增加发光器件顶发光的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机光伏和有机电致发光联用的显示器件，尤其是一种有机光伏电致发光联用的显示器件的结构和制备方法。
背景技术
有机光伏器件就是指聚合物太阳能电池（Polymer Solar Cells,PSCs），当太阳光照射到聚合物半导体上时，利用太阳光中波长不大于材料禁带宽度的光子，聚合物材料吸收光子后产生束缚在一起的电子--空穴对（激子），激子扩散到金属阴极和聚合物界面时离解为电子和空穴（载流子）。在半导体内建电场的作用下，载流子向相反电极方向移动并在电极上得以收集，从而在外电路产生光电流。制备方法简单，造价低廉，可以制成超薄、大面积的柔性器件，但是目前聚合物太阳能电池能量转化效率较低，还没有进入量产阶段。有机电致发光器件是指有机发光二极管(Organic Light-emitting Diode，OLED)，在一定电场驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到阴极修饰层和空穴注入层，并在发光层中相遇，形成的激子最终导致可见光的发射。因其自主发光，驱动电压低、发光亮度高、色彩丰富以及工艺简单，可制成超薄、大面积柔性器件等优点而成为当前平板显示领域的研究热点。
聚合物太阳能电池与传统无机太阳能电池相比具有制备工艺简单，成本低廉，通常采用旋涂、喷涂、刮涂等方法制备。其中使用聚合物材料主要包括聚乙炔,聚噻吩，聚苯乙烯撑，聚吡咯，聚苯胺等。
小分子材料包括：酞菁类衍生物、苝类衍生物、富勒烯及其衍生物、并五苯等。有机小分子材料有着确定的化学结构和分子量，能够用现有的实验技术获得高纯度的材料，可以采用真空气相沉积技术制备的光伏器件，比较容易得到有序和高质量的有机薄膜，重复性非常好。
1991年以Gratzel为代表的科学家们采用联吡啶钌修饰的纳晶TiO2电极，使得其光电转换效率有了质的飞跃，接近甚至超过了硅太阳电池的光电转换效率。目前普林斯顿大学的Forrest研究小组，对真空沉积有机小分子光电器件有着系统和深入的研究。真空沉积的有机光伏电池的基本结构是p-n结的双层器件，器件效率主要制约因素是光生激子能否有效的扩散到给受体的界面和提高界面的面积。研究者发现在受体与电极材料界面存在激子复合的现象，因此在有机受体材料和电极材料之间引入激子阻挡层，最常用的是有机分子是BCP。
基于hybrid planar-mixed molecular hetero junction(PM-HJ)的高效率器件结构，ITO/CuPc/CuPc:C60/C60/BCP/Ag，在AM1.5100mW/cm2能量转化效率己经超过5%。（J.G.Xue;B.P Rand;S.Uchida;S.R.Forrest,A hybrid planar-mixed molecular heterojunction photovoltaic cell.AduMater.2005,17,(1),66-71.）
多晶的LaB6功函数低的特点，可以使用在有机电致发光器件中，在阴极端作为电子注入层，提高电子的注入效率，从而提高器件的发光效率，同时多晶LaB6材料具有透明度高，不影响透光，可以将OLED器件做成顶发光和低发光的透明的器件。
有机光伏器件和有机电致发光联用制备成显示器件，可以实现环保节能的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机光伏电致发光联用的显示器件及其制备方法，能够实现有机光伏器件利用太阳光作为稳定的直流电源，驱动OLED器件实现上下顶和低发光。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种有机光伏电致发光联用的显示器件，该器件包括设置在同一块玻璃基板的两侧的有机光伏器件和有机电致发光器件，所述有机电致发光器件包括设置在玻璃基板一表面的氧化铟锡ITO导电层，作为发光器件阴极，在ITO导电层上依次设置有电子注入层、电子传输层和发光层、空穴传输层及阳极ITO导电层；所述有机光伏器件包括设置在玻璃基板另一表面的金属阴极层，在金属阴极层上依次设置有激子阻挡层、电子给体层、共混层、电子受体层及阳极ITO导电层；所述有机光伏器件的金属阴极与有机电致发光器件的ITO导电层相连，有机光伏器件的阳极ITO导电层与有机电致发光器件的阳极ITO导电层相连。
所述有机光伏器件在光照的条件下通过阳极ITO导电层产生光电流，提供直流电压驱动有机电致发光器件，因为光伏器件产生的开路电压较小，所述有机光伏器件由分为多个小块相互串联连接起来构成，用以满足发光器件所需的驱动电压。
所述有机电致发光器件中电子注入层为透明的功函数较低的LaB6,发光器件可以同时实现顶发光和底发光，通过有机光伏电致发光联用，发光器件的底发光（靠近玻璃一侧），透过玻璃后会被玻璃另一表面的Ag电极层反射回去，从而增加发光器件顶发光的亮度。
所述有机光伏电致发光联用的显示器件结构是阳极ITO导电层200nm/电子受体层CuPc10nm/共混层CuPc:C6020nm=1:1w%/电子给体层C6030nm/激子阻挡层BCP10nm/金属阴极层Ag80nm/玻璃基板Glass/ITO导电层/电子注入层LaB6150nm/电子传输层和发光层Alq350nm/空穴传输层NPB40nm/阳极ITO导电层200nm，其中ITO导电层200nm CuPc10nm/CuPc:C6020nm=1:1w%/C6030nm/BCP10nm/Ag80nm。
本发明还给出了一种有机光伏电致发光联用的显示器件的制备方法，该方法包括下述步骤：
1）将铟锡氧化物ITO玻璃基板清洗干净并烘干，再经过紫外线+臭氧处理（UVO）处理20min；
2）将玻璃基板1放入到电子束蒸发腔室中，蒸镀电子注入层LaB6厚度至150nm；
3）将蒸镀电子注入层LaB6的基板转移到真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于1×10-4Pa时，依次蒸镀电子传输层和发光层Alq3/空穴传输层NPB40nm，电子传输层和发光层厚度是50nm，空穴传输层厚度是40nm；
4）通过机械手臂将器件翻转180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板，依次蒸镀金属阴极层Ag80nm/激子阻挡层BCP10nm/电子给体层C6030nm/共混层CuPc:C6020nm=1:1w%20nm/电子受体层CuPc10nm；
5）在真空镀膜机中蒸镀完成后，将蒸镀完成的器件放入到磁控溅射的腔体中，在器件的上下表面各溅射一层阳极ITO导电层，厚度均为200nm，得到有机光伏和电致发光联用的显示器件。
由于本发明采用有机光伏器件作为直流电源，给发光器件提供直流电压驱动，有机光伏器件产生的开路电压较小，发明中采用多个小块器件，形成串联电池的结构以满足发光器件所需的驱动电压。有机电致发光器件中电子注入层是透明的功函数较低的多晶LaB6,发光器件可以同时实现顶发光和底发光，通过有机光伏电致发光联用，发光器件的底发光（靠近玻璃一侧），透过玻璃后会被玻璃另一表面的Ag电极层反射回去，可以增加发光器件顶发光的亮度。
附图说明
图1是有机光伏电致发光联用的单面显示器件的结构示意图。
图2是有机光伏电致发光联用的双面显示器件的结构示意图。
其中，1―玻璃基板；2－ITO导电层；3－电子注入层；4－电子传输层和发光层；5－空穴传输层；6－阳极ITO导电层；7―金属阴极层；8－激子阻挡层；9－电子给体层；10－共混层；11－电子受体层；12－阳极ITO导电层。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，给出了该有机光伏电致发光联用的单面显示器件的结构示意图，该显示器件包括设置在同一块玻璃基板1的两侧的有机光伏器件和有机电致发光器件，有机电致发光器件包括设置在玻璃基板1一表面的氧化铟锡ITO导电层2，作为发光器件阴极，在ITO导电层2上依次设置有电子注入层3、电子传输层和发光层4、空穴传输层5及阳极ITO导电层6；有机光伏器件包括设置在玻璃基板1另一表面的金属阴极层7，在金属阴极层7上依次设置有激子阻挡层8、电子给体层9、共混层10、电子受体层11及阳极ITO导电层12；有机光伏器件的金属阴极7与有机电致发光器件的ITO导电层2相连，有机光伏器件的阳极ITO导电层12与有机电致发光器件的阳极ITO导电层6相连。
本发明的有机光伏器件在光照的条件下通过阳极ITO导电层12产生光电流，提供直流电压驱动有机电致发光器件，因为光伏器件产生的开路电压较小，有机光伏器件由分为多个小块相互串联连接起来构成，用以满足发光器件所需的驱动电压。
其中，有机电致发光器件中电子注入层3为透明的功函数较低的LaB6,发光器件可以同时实现顶发光和底发光，通过有机光伏电致发光联用，发光器件的底发光（靠近玻璃一侧），透过玻璃后会被玻璃另一表面的Ag电极层反射回去，从而增加发光器件顶发光的亮度。
进而，本发明有机光伏器件结构是阳极ITO导电层12200nm/电子受体层11CuPc10nm/共混层10CuPc:C60=1:1w%，20nm/电子给体层9C6030nm/激子阻挡层8BCP10nm/金属阴极层7Ag80nm/玻璃基板1Glass/ITO导电层2/电子注入层3LaB6150nm/电子传输层和发光层4Alq350nm/空穴传输层5NPB40nm/阳极ITO导电层6200nm。
再者，本发明还可以采取如图2所示的有机光伏电致发光联用的双面显示器件的结构，增加了本发明显示器件多重功能。
本发明还给出了有机光伏电致发光联用的显示器件的制备方法，包括下述步骤：
1）将铟锡氧化物ITO玻璃基板1清洗干净并烘干，再经过紫外线+臭氧处理（UVO）处理20min；
2）将玻璃基板1放入到电子束蒸发腔室中，蒸镀电子注入层3LaB6厚度至150nm；
3）将蒸镀电子注入层3LaB6的基板转移到真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于1×10-4Pa时，依次蒸镀电子传输层和发光层4Alq3/空穴传输层5NPB40nm，电子传输层和发光层4厚度是50nm，空穴传输层5厚度是40nm；
4）通过机械手臂将器件翻转180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板，依次蒸镀金属阴极层7Ag80nm/激子阻挡层8BCP10nm/电子给体层9C6030nm/共混层10CuPc:C6020nm=1:1w%20nm/电子受体层11CuPc10nm；
5）在真空镀膜机中蒸镀完成后，将蒸镀完成的器件放入到磁控溅射的腔体中，在器件的上下表面各溅射一层阳极ITO导电层（包括阳极ITO导电层6和阳极ITO导电层12），厚度均为200nm，得到有机光伏和电致发光联用的显示器件。
经上述制备得到的本发明的整体器件结构是ITO(200nm)/CuPc(10nm)/CuPc:C60(20nm,1:1w%)/C60(30nm)/BCP(10nm)/Ag（80nm）/Glass/ITO/LaB6(150nm)/Alq3(50nm)/NPB(40nm)/ITO(200nm)，其中ITO(200nm)CuPc(10nm)/CuPc:C60(20nm,1:1w%)/C60(30nm)/BCP(10nm)/Ag（80nm）为光伏器件的结构，ITO/LaB6(150nm)/Alq3(50nm)/NPB(40nm)/ITO(200nm)为电致发光器件结构。酞菁铜（CuPc）作为电子给体层，溴甲酚紫钠盐（BCP）作为激子阻挡层、三(8-羟基喹啉)铝（Alq3)作为电子传输层和发光层，N,N′-(α-萘基)-N,N′-苯基联苯二胺(NPB)作为空穴传输层。
本发明采用有机光伏器件作为直流电源，给发光器件提供直流电压驱动，有机光伏器件产生的开路电压较小，发明中采用多个小块器件，形成串联电池的结构以满足发光器件所需的驱动电压。有机电致发光器件中电子注入层是透明的功函数较低的多晶LaB6,发光器件可以同时实现顶发光和底发光，通过有机光伏电致发光联用，发光器件的底发光（靠近玻璃一侧），透过玻璃后会被玻璃另一表面的Ag电极层反射回去，可以增加发光器件顶发光的亮度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，有机电致发光器件结构也可采用单独的底发光和单独的顶发光结构，有机光伏器件的所选材料不限，故凡应用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。
Claims (2)
1.一种有机光伏电致发光联用的显示器件，其特征在于:该器件包括设置在同一块玻璃基板（1）的两侧的有机光伏器件和有机电致发光器件，所述有机电致发光器件包括设置在玻璃基板（1）一表面的氧化铟锡ITO导电层（2），在ITO导电层（2）上依次设置有电子注入层（3）、电子传输层和发光层（4）、空穴传输层（5）及阳极ITO导电层（6）；所述有机光伏器件包括设置在玻璃基板（1）另一表面的金属阴极层（7），在金属阴极层（7）上依次设置有激子阻挡层（8）、电子给体层（9）、共混层（10）、电子受体层（11）及阳极ITO导电层（12）；所述有机光伏器件的金属阴极（7）与有机电致发光器件的ITO导电层（2）相连，有机光伏器件的阳极ITO导电层（12）与有机电致发光器件的阳极ITO导电层（6）相连；
所述有机光伏器件在光照的条件下通过阳极ITO导电层（12）产生光电流，提供直流电压驱动有机电致发光器件；所述有机光伏器件分为多个小块相互串联连接构成；
所述有机电致发光器件中电子注入层（3）为透明的LaB6；
所述有机光伏电致发光联用的显示器件结构是阳极ITO导电层（12）200nm/电子受体层（11）CuPc10nm/共混层（10）CuPc:C6020nm=1:1w%/电子给体层（9）C6030nm/激子阻挡层（8）BCP10nm/金属阴极层（7）Ag80nm/玻璃基板（1）Glass/ITO导电层（2）/电子注入层（3）LaB6150nm/电子传输层和发光层（4）Alq350nm/空穴传输层（5）NPB40nm/阳极ITO导电层(6)200nm。
2.一种有机光伏电致发光联用的显示器件的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
1）将铟锡氧化物ITO玻璃基板（1）清洗干净并烘干，再经过紫外线+臭氧处理（UVO）处理20min；
2）将玻璃基板（1）放入到电子束蒸发腔室中，蒸镀电子注入层（3）LaB6厚度至150nm；
3）将蒸镀电子注入层（3）LaB6的基板转移到真空镀膜机中蒸镀，当真空度高于1×10-4Pa时，依次蒸镀电子传输层和发光层（4）Alq3/空穴传输层（5）NPB40nm，电子传输层和发光层（4）厚度是50nm，空穴传输层（5）厚度是40nm；
4）通过机械手臂将器件翻转180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板，依次蒸镀金属阴极层（7）Ag80nm/激子阻挡层（8）BCP10nm/电子给体层（9）C6030nm/共混层（10）CuPc:C6020nm=1:1w%20nm/电子受体层（11）CuPc10nm；
5）在真空镀膜机中蒸镀完成后，将蒸镀完成的器件放入到磁控溅射的腔体中，在器件的上下表面各溅射一层阳极ITO导电层，厚度均为200nm，得到有机光伏和电致发光联用的显示器件。
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