CN111628093A - 一种高效率有机上转换器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效率有机上转换器件，包括从上到下依次设置的具有光电增益的近红外光敏层、电荷注入层、高效率有机发光的OLED薄膜层，近红外光敏层产生的电荷通过电荷注入层有效注入到OLED薄膜层中：本发明采用具有光电增益的近红外光敏层，并与高效率有机发光的OLED薄膜层结合，利用电荷积累辅助电荷隧穿原理与上转换发光原理，提高有机上转换器件的发光效率。

Description

一种高效率有机上转换器件
技术领域
本发明属于有机光电子器件领域，具体涉及一种高效率有机上转换器件。
背景技术
上转换是指吸收较长波长光并发出较短波长光的过程，一个典型例子就是将红外光转化为可见光。由于红外光人眼不可见，而上转换技术能将不可见的红外光转换为可见光，实现红外光信息的探测，在生物医疗探测、成像、光通讯等领域具有广阔应用前景。上转换技术可以由上转换发光材料直接实现，上转换材料的发光中心吸收两个或多个光子，经过无辐射弛豫到达发光能级，跃迁至基态发射出一个可见光子。但这个过程需要利用多个红外光子，上转换效率较低。上转换技术也可以通过光学上转换器件来实现，将红外光电探测器与发光二极管OLED结合制成的上转换器件，经由光-电-光的能量转换实现光子利用率的提高，但上转换效率仍无法满足实际应用的需求。
红外光电探测器部分，目前按照主体材料的不同可分为无机光电探测器和有机光电探测器。无机光电探测器尤其是硅基光电探测器，由于工艺成熟，已经充分应用在各大领域。且基于无机材料的光电倍增管应用雪崩效应能够实现极高的雪崩放大，大大提高其光电性能。但是无机红外探测器与OLED之间晶格失配，造成器件制备困难和成本提高。相比于无机材料，有机材料可人工设计合成、种类多、可扩展性强，因此，赋予有机光电探测器放大探测信号的作用，是制备性能更优良光电探测器的关键。
发明内容
本发明的目的在于：采用具有光电增益的近红外光敏层，并与高效率有机发光的OLED薄膜层结合，利用电荷积累辅助电荷隧穿原理与上转换发光原理，提高有机上转换器件的发光效率。
本发明采用的技术方案如下：
一种高效率有机上转换器件，包括从上到下依次设置的具有光电增益的近红外光敏层、电荷注入层、高效率有机发光的OLED薄膜层，近红外光敏层产生的电荷通过电荷注入层有效注入到OLED薄膜层中。
进一步的，还包括阳极、阴极。
进一步的，OLED薄膜层包括发光层、电子传输层。
进一步的，发光层为TADF发光层。
进一步的，以阳极为起始层向下延伸的方向依次设有近红外光敏层、电荷注入层、发光层、电子传输层、阴极。
进一步的，近红外光敏层的给体为PBDTT-TPP，受体为PCBM。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，在近红外光敏层引入电荷陷阱，通过电荷积累诱导电荷隧穿的方式实现增益，提高有机上转换器件的发光效率。
2、本发明中，上转换器件从下到上依次由阴极、OLED薄膜层、电荷注入层、近红外光敏层、阳极组成能实现高效率有机近红外到可见光转换。
3、本发明中，近红外光敏层的给体为PBDTT-TPP，受体为PCBM，不仅能放大探测信号，还能避免与OLED薄膜层之间出现晶格失配的情况。
附图说明
图1为本发明实施例1中有机上转换器件的结构示意图。
图2为本发明实施例1中有机上转换器件的能带匹配图。
图中标记：1阳极，2近红外光敏层，3电荷注入层，40LED薄膜层，41发光层，42电子传输层，5阴极，6界面保护层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种高效率有机上转换器件，包括从上到下依次设置的具有光电增益的近红外光敏层2、电荷注入层3、高效率有机发光的OLED薄膜层4，近红外光敏层2产生的电荷通过电荷注入层3有效注入到OLED薄膜层4中。
进一步的，还包括阳极1、阴极5。
进一步的，OLED薄膜层4包括发光层41、电子传输层42。
进一步的，发光层41为TADF发光层。
进一步的，以阳极1为起始层向下延伸的方向依次设有近红外光敏层2、电荷注入层3、发光层41、电子传输层42、阴极5。
进一步的，近红外光敏层2的给体为PBDTT-TPP，受体为PCBM。
实施例1
参见图1～2，一种高效率有机上转换器件，包括从上到下依次设置的具有光电增益的近红外光敏层2、电荷注入层3、高效率有机发光的OLED薄膜层4，近红外光敏层2产生的电荷通过电荷注入层3有效注入到OLED薄膜层4中。
进一步的，还包括阳极1、阴极5。
进一步的，OLED薄膜层4包括发光层41、电子传输层42。
进一步的，发光层41为TADF发光层。
进一步的，以阳极1为起始层向下延伸的方向依次设有近红外光敏层2、电荷注入层3、发光层41、电子传输层42、阴极5。
进一步的，近红外光敏层2的给体为PBDTT-TPP，受体为PCBM。
具体的，电荷注入层3与近红外光敏层2之间设有界面保护层6。
具体的，光电增益的近红外光敏层2选用PBDTT-TPP做给体，PCBM做受体，比例100∶1，选用溶液旋涂法制备，且受体材料PCBM的LUMO为-4.2eV。
具体的，阳极1采用透明Au电极，可实现顶、底双向入光。
具体的，阴极5为ITO阴极5。
在本实施例中，当近红外光从ITO阴极5侧入射后，由于发光层41使用的TADF材料对近红外光没有吸收，且发光层41膜层很薄，所以入射的近红外光可以完全透过发光层41并进入近红外光敏层2，被近红外光敏层2吸收产生光生激子，激子在近红外光敏层2中的给、受体界面产生分离，形成光生载流子，即光生电子与光生空穴，光生空穴通过电荷注入层3进入发光层41，与由阴极5注入的电子产生复合发出可见光，提高了有机上转换器件的发光效率。由于本实施例采用的近红外光敏层2给、受体配比为100∶1，且受体材料PCBM的LUMO为-4.2eV，相对于给体材料PBDTT-TPP而言，二者的LUMO相差0.6eV，因此受体PCBM在近红外光敏层2中充当电子陷阱，近红外光敏层2吸收近红外光产生的电子将被受体材料俘获，大量积累在近红外光敏层2内部，致使近红外光敏层2能带下弯曲，有机近红外光敏层2与金属阳极1金-半接触产生的肖特基势垒会因此变薄，外电路空穴从阳极1通过隧穿的方式进入到近红外光敏层2的概率大大增加，此时有机上转换器件内部空穴的量急剧增加，到达发光层41后与外电路注入的电子复合发光，实现发光效率的提升。
具体的，为防止溶液旋涂法制备的有机近红外光敏层2破坏其他蒸镀制备的有机膜层，特在电荷注入层3与近红外光敏层2之间加入薄MoO3界面保护层6起到保护作用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效率有机上转换器件，其特征在于，包括从上到下依次设置的具有光电增益的近红外光敏层(2)、电荷注入层(3)、高效率有机发光的OLED薄膜层(4)，所述近红外光敏层(2)产生的电荷通过电荷注入层(3)有效注入到OLED薄膜层(4)中。
2.根据权利要求1所述的一种高效率有机上转换器件，其特征在于，还包括阳极(1)、阴极(5)。
3.根据权利要求1所述的一种高效率有机上转换器件，其特征在于，所述OLED薄膜层(4)包括发光层(41)、电子传输层(42)。
4.根据权利要求3所述的一种高效率有机上转换器件，其特征在于，所述发光层(41)为TADF发光层。
5.根据权利要求3所述的一种高效率有机上转换器件，其特征在于，以所述阳极(1)为起始层向下延伸的方向依次设有近红外光敏层(2)、电荷注入层(3)、发光层(41)、电子传输层(42)、阴极(5)。
6.根据权利要求5所述的一种高效率有机上转换器件，其特征在于，所述近红外光敏层(2)的给体为PBDTT-TPP，受体为PCBM。
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