شبیه سازی دیود نورگسیل آلی (OLED) و بهبود عملکرد آن با اصلاح لایه تزریق الکترون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

2 گروه برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

3 گروه فرآیند، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

مطالعه و پژوهش در زمینه مواد قابل استفاده در لایه تزریق الکترون، یکی از مهمترین گام ها برای دستیابی به راندمان بالا و ولتاژ تحریک پایین در دیودهای نورگسیل آلی (OLED‌) به شمار می رود. در این مقاله، بااستفاده از نرم افزار اتلس سیلواکو، رفتار موادی نظیر NaSt، Al2O3 و TiO2 به عنوان لایه تزریق الکترون (EIL) در یک نمونه OLED‌ پلیمری با ساختار ITO/PEDOT:PSS/PH-PPV/EIL/Al شبیه سازی گردید. نتایج شبیه سازی نشان دادند که با استفاده از ماده Al2O3 می توان به دیودی با چگالی جریان بالا، درخشندگی بالا (cd/m2 13550)، ولتاژ تحریک پایین (V 3/2) و ولتاژ کاری پایین (V 05/4) در مقایسه با دو نمونه دیگر دست یافت. علت این موضوع، بالابودن میدان الکتریکی (حدود 4/2 برابر) ناشی از اختلاف تابع کار Al2O3 و الکترون خواهی PH-PPV بیشتر نسبت به دو نمونه دیگر است که نقش برجسته ای را در کمک به تزریق حامل های بار ایفا می کند. علاوه براین بازترکیب در نمونه با ساختار Al2O3 تقریباَ در وسط لایه گسیل رخ می دهد. ضمناً بالاترین راندمان خروجی برای نمونه TiO2بدست آمد که ناشی از افزایش میزان بازترکیب تابشی نسبت به سایر مکانیزم های بازترکیب در لایه گسیل نور است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Simulation of OLED And Its Performance Improvement by Electron Injection Layer Modification

نویسندگان [English]

  • Marjan Bagheri 1
  • Mehdi Banihashemi 2
  • Farzaneh Arabpour 3
1 Electrical Engineering Department, Engineering Faculty, Islamic Azad University Central Tehran Branch, Tehran, Iran
2 Electrical Engineering Department, Engineering Faculty, Islamic Azad University Central Tehran Branch, Tehran, Iran
3 Department of Process Engineering, School of Chemical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Study of electron injection materials is one of the most important steps in obtaining high efficient and low driving voltage in organic light – emitting diodes (OLEDs). In this article, we simulated OLED devices with structure of ITO/PEDOT:PSS/PH-PPV/EIL/Al in Atlas Silvaco in which, NaSt, Al2O3 and TiO2 are used as electron injection layer (EIL). The OLED with Al2O3 exhibited higher current density, higher luminance (13550 cd/m2), lower driving voltage (2.3V) and lower operating voltage (4.05V) compared to the two other structures. The reason is greater electric field (about 2.4 times greater than that of two other structures) due to much more difference between work function of the device with Al2O3 and electron affinity of PH-PPV, causing improvement of charge carrier injection. Furthermore, recombination almost occurs in the middle of the light emission layer. However, the OLED that employs TiO2 as electron injection layer, showed the highest external efficiency due to increase in radiation recombination rate in comparison with other recombination mechanisms in the light emission layer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • OLED
  • Electron Injection Layer
  • Simulation
  • Efficiency
1. H. Siemund, F. Brocker, and H. Gobel, “Enhancing the electron injection in polymer light-emitting diodes using a sodium stearate / aluminum bilayer cathode,” Organic Electron., vol. 14, no.1, pp. 335-343, 2013
2. J. H. Kwon and J. Y. Lee, “High efficiency and long lifetime in organic light-emitting diodes using bilayer electron injection structure,” Synthetic Metals, no. 13, pp. 1292-1294, 2009
3. S. Ho, S. Liu, Y. Chen and F. So, “Review of Recent Progress in Multi-Layer Solution – Processed Organic Light Emitting Diodes,” J. of Photonics for Energy, vol. 5, pp. 057611-1- 057611-17, 2015
4. T. Earmme and S. A. Jenekhe, “High Performance Multilayered Phosphorescent OLEDs by Solution-Processed Commercial Electron Transport Materials,” J. Mater. Chem., no. 22, pp. 4660-4668, 2012
5. W. Jiang et al., “Alkohol Soluble Electron Transport Small Molecule for Fully Solution-Processed Multilayer White Electrophosphorescent Devices,” Org. Lett, vol. 16, no. 4, pp. 1140-1143, 2014
6. T. Ye et al., “Efficient Phosphorescent Polymer Yellow Light Emitting Diodes Based on Solution-Processed Small Molecular Electron Transporting Layer,” ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 3, no. 2, pp. 410-416, 2011
7. Y. J. Pu et al., “Fabrication of Organic Light Emitting Devices Comprising Stacked Light Emitting Units by Solution - Based Processes,” Adv. Mater, vol. 27, no. 8, pp. 1327-1332, 2015
8. Y. Zhou et al., “A Universal Method to Produce Low Work Function Electrodes for Organic Electronics,” Science, vol. 336, no. 6079, pp. 327-332, 2012
9. X. J. Wang et al., “Enhancement of Electron Injection in Organic Light Emitting Devices Using an Ag/LiF Cathode,” J. Appl. Phys., vol. 95, no. 7, pp. 3828-3830, 2004
10. S.Y. Park, C.H. Lee, W.J. Song, C. Seoul, “Enhanced electron injection in organic light-emitting devices using Al/LiF electrodes,” Curr. Appl. Phys., no. 1, pp. 116-120, 2001
11. L. S. Hung, C. W. Tang, and M. G. Mason, “Enhanced electron injection in organic electroluminescence devices using an Al/LiF electrode,” Appl. Phys. Lett., no. 70, pp. 152-154, 1997
12. W. Brutting, J. Frischeisen, T. D. Schmidt, B. J. Scholz and C. Mayr, “Device Efficiency of Organic Light Emitting Diodes: Progress by Improved Light Outcoupling,” Phys. Status Solidi A, vol. 210, no. 1, pp. 44-65, 2013
13. T. Tsutsui, E. Aminaka, C. P. Lin, and D. U. Kim, “Extended molecular design concept of molecular materials for electroluminescence: sublimed–dye films, molecularly doped polymers and polymers with chromophores “, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, no. 355, pp. 801–814, 1997
14. N. C. Greenham, R. H. Friend, and D. D. C. Bradley, “Angular Dependence of the Emission from a Conjugated Polymer Light‐Emitting Diode: Implications for efficiency calculations,” Adv. Mater., vol. 6, no. 6, 1994
15. H. Siemund, and H. Gobel, “Numerical Simulation of Organic light-emitting diodes with Insulating cathode buffer layer,” IEEE Trans. on Electron Dev., vol. 63, no.9, pp. 3700-3706, 2016
16. H. Wang, “Simulation of Organic Light-Emitting Diodes and Organic Photovoltaic Devices,” University of Rochester, PhD thesis, 2012
17. Atlas User’s Manual
18. T. Chiba, Y. Jin Pu, and J. Kido, “Solution – Processable Electron Injection Materials for Organic Light-Emitting Devices,” Journal of Materials Chemistry C, 2015
19. H. J. Bolink et al., “Inverted Solution Processable OLEDs Using a Metal Oxide as an Electron Injection Contact,” Adv. Funct. Mater., no. 18, pp. 145-150, 2008