CN108899432A - 一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法。该方法包括：在透明衬底上制备铟锡氧化物导电阳极，得到带有铟锡氧化物导电阳极的基板；对所述基板进行清洗和烘干；采用真空蒸镀制膜方法在基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层；采用真空蒸镀制膜方法在阳极缓冲层上沉积制备电子给体层；采用真空蒸镀制膜方法在电子给体层上沉积制备电子受体层；采用真空蒸镀制膜方法在电子受体层上沉积制备阴极缓冲层；采用真空蒸镀制膜方法在阴极缓冲层上沉积制备阴极，得到有机电致发光与光伏一体化器件；将有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理。本发明提供的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法丰富和优化了器件的性能，提高了器件的利用率。

Description

一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法
技术领域
本发明涉及有机光电器件领域，特别是涉及一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法。
背景技术
目前，随着社会的不断进步，科技的不断发展，有机光电子技术不断地丰富起来，成为继微电子技术之后迅速发展的高科技含量的一门科学技术。在这一领域，发展迅速、备受瞩目的有机发光电子显示屏已经进入了市场，特别是小尺寸有机发光二极管手机显示屏已经是当前各大厂商争宠的对象，它具有高效率、高亮度、宽视角、超轻便和可柔性等特点。同样基于有机材料的有机太阳能电池和有机场效应薄膜晶体管的理论研究和实际应用也都取得了巨大的进展，可以预见在不久的将来，它们也将走进千家万户。特别是利用清洁能源太阳能的有机太阳能电池采用有机/聚合物材料及简易的成膜工艺在其光电转换效率方面已经取得了突破性进展，为缓解化石能源的枯竭和保证人类社会的可持续发展提供了良好的解决方案。
但是，上述传统的有机光电器件的功能都是单一的，有机太阳能电池不具有发光的功能，而有机电致发光器件不具有产能功能；而传统的具有多功能的集成器件的制备工艺复杂，设备制程要求高，费时费力费成本；传统的有机光电子器件的集成度较低，器件的厚度比较大，如果大规模的应用到实际生活中会产生很多的电子垃圾，这对日益严重的能源问题和环境问题是不利的。因此，开发有机电致发光二极管和光伏一体化器件对光电子技术的应用和环境的保护具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，能够丰富和优化器件的性能，提高器件的利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，所述方法包括：
在透明衬底上制备导电阳极，得到带有导电阳极的基板；
对所述基板进行清洗和烘干；
采用真空蒸镀制膜方法在所述基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述阳极缓冲层上沉积制备电子给体层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述电子给体层上沉积制备电子受体层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述电子受体层上沉积制备阴极缓冲层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述阴极缓冲层上沉积制备阴极，得到有机电致发光与光伏一体化器件；
将所述有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理。
可选的，所述在透明衬底上制备导电阳极，得到带有导电阳极的基板，具体包括：
采用离子溅射技术在透明衬底上制备铟锡氧化物薄膜；
采用刻蚀工艺在所述铟锡氧化物薄膜刻蚀出电极图案。
可选的，所述对所述基板进行清洗和烘干，具体包括：
采用带有去污粉和洗洁精的去离子水对所述基板进行超声清洗，记为第一次清洗；
采用去离子水对经过第一次清洗的基板进行超声清洗，记为第二次清洗；
采用丙酮对经过第二次清洗的基板进行超声清洗，记为第三次清洗；
采用异丙醇对经过第三次清洗的基板进行超声清洗；
将清洗后的基板烘干。
可选的，在所述对所述基板进行清洗和烘干之后，在所述采用真空蒸镀制膜方法在所述基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层之前，还包括：
将烘干后的基板放在紫外线灯下进行照射处理。
可选的，所述阳极缓冲层的材料为三氧化钼，蒸发速率是0.05nm/s，沉积厚度为5nm。
可选的，所述电子给体层的材料为荧蒽衍生物，蒸发速率为0.08nm/s，沉积厚度为30nm。
可选的，所述电子受体层为固体薄膜，所选材料为富勒烯，蒸发速率是0.09nm/s，沉积厚度为40nm。
可选的，所述阴极缓冲层的材料为Bphen，蒸发速率是0.06nm/s，沉积厚度为8nm。
可选的，所述阴极的材料为金属铝，蒸发速率为0.6nm/s，沉积厚度为120nm。
可选的，所述将所述有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理，具体包括：
将有机电致发光与光伏一体化器件在90℃的条件下加热退火。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法采用简单的蒸镀工艺，同时，采用窄带隙红色荧光材料DBP作为电子给体，C60作为电子受体，制备了既具有发光功能又具有光伏特性的一体化器件，丰富了器件的性能，提高了器件的利用率。其次，本发明还对器件进行了后退火处理，使器件的发光和光伏两种性能都有了进一步的提高和优化。而且，本发明提供的制备方法简易、成本低廉，这对有机光电器件在实际中的应用具有更加有效的促进作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例有机电致发光与光伏一体化器件的结构图；
图2为本发明实施例荧蒽衍生物的分子结构图；
图3为本发明实施例有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法流程图；
图4为本发明实施例有机电致发光与光伏一体化器件电致发光光谱图；
图5为本发明实施例未实施后退火处理的有机电致发光与光伏一体化器件的光伏特性图；
图6为本发明实施例不同温度加热退火的有机电致发光与光伏一体化器件发光性能对比图；
图7为本发明实施例不同温度加热退火的有机电致发光与光伏一体化器件光伏性能对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，能够丰富和优化器件的性能，提高器件的利用率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例有机电致发光与光伏一体化器件的结构图，如图1所示，有机电致发光与光伏一体化器件从下往上依次包括玻璃基板上的ITO阳极1、阳极缓冲层2、电子给体层3、电子受体层4、阴极缓冲层5和阴极6。阳极1是利用离子溅射技术在玻璃基板上制备的铟锡氧化物(ITO)薄膜，然后通过刻蚀工艺将玻璃基板上沉积的ITO按所需形状刻蚀出相应电极图案，电极方块电阻为15欧姆，透过率约为85％，厚度为80-100nm；阳极缓冲层2为真空蒸镀的氧化钼薄膜，厚度为5nm；电子给体层3为发挥主要功能作用的薄膜层，它是同样用真空蒸镀法沉积的荧蒽衍生物Tetraphenyldibenzoperiflanthene(DBP)(分子结构见图2)薄膜，厚度为30nm；电子受体层4为富勒烯(C60)薄膜，厚度为40nm；阴极缓冲层5为4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen)，厚度为8nm；阴极6为常用的阴极材料金属铝，厚度为120nm。
图3为本发明实施例有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法流程图，如图3所示，本发明提供的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法包括以下步骤：
步骤301：在透明衬底上制备导电阳极，得到带有导电阳极的基板；
具体为利用离子溅射技术在玻璃基板上制备的铟锡氧化物(ITO)薄膜，然后通过刻蚀工艺将玻璃基板上沉积的ITO按所需形状刻蚀出相应电极图案；
步骤302：对所述基板进行清洗和烘干；
具体为：首先将去污粉和洗洁精加入到去离子水中，将玻璃基板超声清洗两个小时，去除ITO玻璃基板上的灰尘和杂质；然后单独用去离子水将ITO玻璃基板超声清洗两个小时，去除上一步残留的去污粉和洗洁精等杂质；紧接着用丙酮将ITO玻璃基板超声清洗一个小时，去除玻璃基板上的有机物；最后在异丙醇中超声清洗，将ITO玻璃基板彻底清洗干净；将清洗干净的ITO玻璃基板放在烘箱中烘干，使其彻底干燥；
步骤303：将彻底干燥的ITO玻璃基板放在UV紫外灯下处理15分钟，进一步清洁处理并且提高ITO阳极的功函数，使ITO阳极和阳极缓冲层的能级更加的匹配；
步骤304：采用真空蒸镀制膜方法在所述基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层；
步骤305：采用真空蒸镀制膜方法在所述阳极缓冲层上沉积制备电子给体层；
步骤306：采用真空蒸镀制膜方法在所述电子给体层上沉积制备电子受体层；
步骤307：采用真空蒸镀制膜方法在所述电子受体层上沉积制备阴极缓冲层；
步骤308：采用真空蒸镀制膜方法在所述阴极缓冲层上沉积制备阴极，得到有机电致发光与光伏一体化器件；
步骤304到步骤308具体包括：将紫外照射处理好的带有ITO阳极的基板转移到真空蒸镀腔中，进行器件各层的制备：阳极缓冲层2通过真空蒸镀制膜的方法制备，其沉积在带有阳极的玻璃基板上，所选的材料是三氧化钼(MoO3)，其蒸发速率是0.05nm/s，沉积的薄膜厚度为5nm；电子给体层3通过真空蒸镀制膜的方法在阳极缓冲层上沉积制备，所选的材料是荧蒽衍生物Tetraphenyldibenzoperiflanthene(DBP)，其蒸发速率为0.08nm/s，沉积的薄膜厚度为30nm；电子受体层4通过真空蒸镀的方法在电子给体层上沉积的固体薄膜，所选的材料是富勒烯(C60)，其蒸发速率是0.09nm/s，沉积的薄膜厚度为40nm；阴极缓冲层5也是通过真空蒸镀的方法在C60上沉积制备，所选的材料是4,7-二苯基-1,10-菲啰啉(Bphen)，其蒸发速率是0.06nm/s，沉积的薄膜厚度为8nm；阴极6通过真空蒸镀的方法制备，所选的材料是金属铝，其蒸发速率为0.6nm/s，沉积的薄膜厚度为120nm。
步骤309：将所述有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理。
实例一
没有经过后退火处理的有机电致发光与光伏一体化器件的发光性能和光伏性能的探究。将清洗干净后烘干又经过紫外照射处理好的带有ITO阳极的基板转移到真空蒸镀腔中，在上面蒸镀上5nm的阳极缓冲层MoO3；然后在该层上又蒸镀上30nm的电子给体层DBP；紧接着在上面蒸镀40nm的电子受体层C60；上面再蒸镀上8nm的阴极缓冲层Bphen；最后是进行阴极Al的蒸镀，沉积的薄膜厚度为120nm，器件制备完成，进行发光性能和光伏性能测试。有机电致发光与光伏一体化器件的电致发光光谱如图4所示，其所发出的光为红光，它的启亮电压为1.8V；有机电致发光与光伏一体化器件光伏性能如图5所示，其光电转换效率为1.25％，短路电流密度为2.75mA/cm2。
实例二
对制备好的有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理的性能探究。将清洗干净后烘干又经过紫外照射处理好的带有ITO阳极的基板转移到真空蒸镀腔中，在上面蒸镀上5nm的阳极缓冲层MoO3；然后在该层上又蒸镀上30nm的电子给体层DBP；紧接着在上面蒸镀40nm的电子受体层C60；上面再蒸镀上8nm的阴极缓冲层Bphen；最后是进行阴极Al的蒸镀，沉积的薄膜厚度为120nm，器件制备完成。将器件取出，一切制备条件相同的有机电致发光与光伏一体化器件分别在不同的温度下进行退火处理，退火温度分别为80、90和100℃。此后分别进行发光性能和光伏性能测试。最后得到的结果是：如图6和图7所示，经过后退火处理的有机电致发光与光伏一体化器件，不管是发光性能，还是光伏性能，都有了很大的提高。其中90℃后加热退火处理的有机电致发光与光伏一体化器件性能最优，其发光性能的启亮电压为1.5V；光伏性能中的光电转换效率为1.50％，短路电流密度为3.24mA/cm2。
本发明提供的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法采用简单的蒸镀工艺，同时，采用窄带隙红色荧光材料DBP作为电子给体，C60作为电子受体，制备了既具有发光功能又具有光伏特性的一体化器件，丰富了器件的性能，提高了器件的利用率。其次，本发明还对器件进行了后退火处理，使器件的发光和光伏两种性能都有了进一步的提高和优化。而且，本发明提供的制备方法简易、成本低廉，这对有机光电器件在实际中的应用具有更加有效的促进作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在透明衬底上制备导电阳极，得到带有导电阳极的基板；
对所述基板进行清洗和烘干；
采用真空蒸镀制膜方法在所述基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述阳极缓冲层上沉积制备电子给体层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述电子给体层上沉积制备电子受体层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述电子受体层上沉积制备阴极缓冲层；
采用真空蒸镀制膜方法在所述阴极缓冲层上沉积制备阴极，得到有机电致发光与光伏一体化器件；
将所述有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述在透明衬底上制备导电阳极，得到带有导电阳极的基板，具体包括：
采用离子溅射技术在透明衬底上制备铟锡氧化物薄膜；
采用刻蚀工艺在所述铟锡氧化物薄膜刻蚀出电极图案。
3.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述对所述基板进行清洗和烘干，具体包括：
采用带有去污粉和洗洁精的去离子水对所述基板进行超声清洗，记为第一次清洗；
采用去离子水对经过第一次清洗的基板进行超声清洗，记为第二次清洗；
采用丙酮对经过第二次清洗的基板进行超声清洗，记为第三次清洗；
采用异丙醇对经过第三次清洗的基板进行超声清洗；
将清洗后的基板烘干。
4.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，在所述对所述基板进行清洗和烘干之后，在所述采用真空蒸镀制膜方法在所述基板的阳极上沉积制备阳极缓冲层之前，还包括：
将烘干后的基板放在紫外线灯下进行照射处理。
5.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述阳极缓冲层的材料为三氧化钼，蒸发速率是0.05nm/s，沉积厚度为5nm。
6.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述电子给体层的材料为荧蒽衍生物，蒸发速率为0.08nm/s，沉积厚度为30nm。
7.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述电子受体层为固体薄膜，所选材料为富勒烯，蒸发速率是0.09nm/s，沉积厚度为40nm。
8.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述阴极缓冲层的材料为Bphen，蒸发速率是0.06nm/s，沉积厚度为8nm。
9.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述阴极的材料为金属铝，蒸发速率为0.6nm/s，沉积厚度为120nm。
10.根据权利要求1所述的有机电致发光与光伏一体化器件的制备方法，其特征在于，所述将所述有机电致发光与光伏一体化器件进行后退火处理，具体包括：
将有机电致发光与光伏一体化器件在90℃的条件下加热退火。
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