有機(jī)光電器件ITO陽極表面改性及其時(shí)效性研究
采用射頻氧等離子體(RFOP)處理對(duì)氧化銦錫(ITO)薄膜表面進(jìn)行改性, 通過原子力顯微鏡、X射線光電子能譜、X射線衍射儀和接觸角儀等測(cè)試表征, 研究了改性對(duì)ITO表面性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, RFOP處理優(yōu)化了ITO表面的化學(xué)組分, 提高了ITO表面的平整度, 改善了ITO表面的物理化學(xué)性質(zhì)。同時(shí), 通過接觸角監(jiān)測(cè)和表面能計(jì)算, 研究了ITO表面RFOP改性的時(shí)效性, 結(jié)果證實(shí), ITO表面優(yōu)化后的物理化學(xué)性質(zhì)隨存放時(shí)間增加而逐漸退化。另外, 采用改性后不同存放時(shí)間的ITO襯底作為陽極, 制備了有機(jī)發(fā)光器件, 通過測(cè)量光電特性, 進(jìn)一步研究了ITO表面性質(zhì)對(duì)器件性能的影響。
氧化銦錫( indiumtin oxide, ITO) 作為一種重要的透明導(dǎo)電氧化物半導(dǎo)體材料, 它不僅具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì), 而且具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和光透射率, 因此被廣泛應(yīng)用于平板顯示器件、太陽能電池、激光器
和傳感器等有機(jī)光電器件之中 。對(duì)于有機(jī)太陽能電池( organic solar cells, OSC) 和有機(jī)發(fā)光器件( organic light emitting device, OLED) , 它們的典型結(jié)構(gòu)為三明治型的夾心結(jié)構(gòu), 即一層或多層有機(jī)功能層被夾在上下兩個(gè)電極之間, 其中陰極常常選用低功函的金屬材料, 而陽極則大多采用透明的ITO 導(dǎo)電玻璃。由于這類器件的光電性能在很大程度上受到ITO 陽極表面性質(zhì)的影響, 因此, 商用ITO 導(dǎo)電玻璃用于制作OSC 或OLED 器件之前, 通常需要采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)ITO 薄膜表面進(jìn)行處理, 通過優(yōu)化其表面性質(zhì)來提高器件的光電性能。迄今為止,用于ITO 表面改性的方法可以分為干法處理和濕法處理兩種類型, 其中, 干法處理通常采用各種電離氣體等離子體( 如Ar, N2, H2, SF6 等) 對(duì)ITO 表面進(jìn)行濺射清洗, 來去除其表面污染, 改善其表面形態(tài); 而濕法處理則通過不同的有機(jī)溶劑在ITO 表面鍵合新的基團(tuán), 以達(dá)到對(duì)其表面進(jìn)行改性的目的。
盡管人們對(duì)ITO 表面處理進(jìn)行了較為廣泛的研究,但是這些研究仍然主要集中在ITO 功函數(shù)、載流子注入等電學(xué)性質(zhì)方面, 而對(duì)ITO 表面浸潤(rùn)性、表面能等物理化學(xué)性質(zhì)的研究則相對(duì)較少。本文采用射頻氧等離子體( RFOP) 處理對(duì)ITO 薄膜進(jìn)行表面改性,利用多種測(cè)試技術(shù)表征了改性對(duì)ITO 性質(zhì)的影響,并通過接觸角測(cè)量和表面能計(jì)算研究了ITO 表面RFOP 改性的時(shí)效性, 同時(shí)采用RFOP 處理后不同存放時(shí)間的ITO 薄膜作為陽極制備了OLED, 進(jìn)一步研究了ITO 表面性質(zhì)對(duì)器件性能的影響。
3、結(jié)論
利用RFOP 處理對(duì)ITO 薄膜進(jìn)行表面改性, 采用多種表征方法研究了表面改性對(duì)ITO 性質(zhì)的影響。AFM 測(cè)試結(jié)果表明RFOP 處理減小了ITO 表面顆粒和表面粗糙度, 改善了ITO 的表面形態(tài)。XPS分析結(jié)果顯示RFOP 處理有效去除了ITO 表面的有機(jī)污染, 優(yōu)化了ITO 表面的化學(xué)組分。接觸角測(cè)量和表面能計(jì)算發(fā)現(xiàn), RFOP 處理降低了ITO 表面的水接觸角, 提高了ITO 的表面能和極性分量, 顯著改善了ITO 表面的物理化學(xué)性質(zhì), 但優(yōu)化過的物理化學(xué)性質(zhì)卻隨存放時(shí)間增加而逐漸退化。另外, OLED測(cè)試結(jié)果表明, 器件性能與ITO 表面處理后的存放時(shí)間密切相關(guān), ITO 表面性質(zhì)通過影響ITO/有機(jī)層界面特性進(jìn)而影響器件的光電性能。
