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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2017.tde-24042017-133923
Document
Author
Full name
Vinícius Cristaldo Heck
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2015
Supervisor
Committee
Guimarães, Francisco Eduardo Gontijo (President)
Faria, Roberto Mendonça
Santos, Lucas Fugikawa
Title in Portuguese
Transporte de carga e eletroluminescência em diodos orgânicos emissores de luz contendo poços de potencial
Keywords in Portuguese
Diodos emissores de luz orgânicos
Poço de potencial
Transporte de carga
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, foram realizados estudos de propriedades elétricas e de eletroluminescência em diodos emissores de luz (OLED) contendo modulação energética de poços de potencial para elétrons e buracos (tipo I), poços esses posicionados na região central da camada ativa. A camada ativa é composta por poços simples e duplos, de espessura de 5 e 10nm, de Poli (fenilenovinileno), PPV (Eg = 2,4 eV), dispostos entre duas barreiras de Polifluoreno ou PFO (Eg = 3,0 eV) de espessura 40 nm. Os filmes de PFO foram obtidos a partir de uma solução em Clorofórmio via spin coating e os de PPV a partir de um precursor solúvel em agua via spin assistant LbL, técnica essa que permitiu o crescimento alternado de filmes de PFO e filmes extremamente finos de PPV mesmo em vista da ortogonalidade de seus solventes. Camadas injetoras de polieletrólitos foram depositadas adjacentes ao catodo para diferenciar injeção eletrônica da injeção de buracos. Foram feitos dispositivos contendo somente uma camada de PFO de 80 nm, chamados referência, para comparação do efeito dos poços nos dispositivos com um e dois poços de potencial. Na caracterização foram utilizadas as técnicas de microscopia confocal, com o intuito de demonstrar o crescimento efetivo das camadas, e medidas elétricas de corrente (IxV) e eletroluminescência (LxV) por voltagem. Medidas do perfil de intensidade ao longo do filmes e espectros de fotoluminescência em três regiões distintas da área total do dispositivo mostraram que as camadas de PPV de aproximadamente 5 e 10 nm estavam homogêneas e que recobriam bem as camadas de PFO. Os espectros de eletroluminescência dos dispositivos mostraram que as diferenças energéticas entre os orbitais π (ΔEHOMO= 0,54 eV) e π* (ΔELUMO = 0,37 eV) do PFO e PPV foram suficientes para causar o aprisionamento e recombinação dos portadores dentro do poço, resultando em emissões características do PPV com picos bem definidos próximos a 520 nm, bastante distintas das emissões dos dispositivos referência, contendo somente PFO (banda larga e não definida de emissão com λ > 480 nm). A presença dos poços de potencial alterou significativamente as propriedades dos dispositivos levando a diminuição da voltagem de acendimento (Von) para 3,5 V mesmo para dispositivos contendo camada injetora que dificultava a injeção eletrônica. Quando há apenas um poço de potencial na camada ativa dos dispositivos, com ou sem camada injetora, o regime de corrente para voltagens abaixo de 3,5 V é ôhmico e unipolar, sendo ditado por buracos, mas quando a voltagem é maior do que 3,5 V o regime de corrente fica limitado pelo portador minoritário, o elétron. Surpreendentemente, quando são colocados dois poços na camada ativa, separando os portadores, tanto corrente como a formação excitônica e consequente recombinação, ficam sujeitas a um processo de tunelamento do portador majoritário, o buraco.
Title in English
Charge transport and electroluminescence in potential well based organic light emitting diodes
Keywords in English
Charge transport
Organic light emitting diodes
Potential wells
Abstract in English
In this work, studies of electrical properties and electroluminescence in organic light emitting diodes (OLED) containing energetic modulation of potential wells for charge carriers (type I), positioned in the central region of active layer. The active layer is composed of single and double wells of Poly (phenylenevinylene), PPV (2.4 eV), arranged between two barriers of polyfluorene, PFO (3.0 eV), with 40 nm thickness. The PFO films were obtained from a chloroform solution by spin coating and PPV from a water soluble precursor via spin assistant LbL technique, a technique that has allowed the alternate growth of PFO films and extremely thin PPV films from a orthogonal solvent to chloroform, water. Injection layers of polyelectrolytes were deposited adjacent to the cathode to differentiate electronic injection from hole injection. Confocal microscopy measurements showed that the PPV layer of 5 to 10nm thickness were homogeneous and covered PFO layers entirely. Electroluminescence measurements of the devices showed that the energetic difference between π (ΔEHOMO = 0.54 eV) and π* (ΔELUMO = 0.37 eV) orbitals from PFO and PPV were enough to cause the charge carriers efficient trapping and recombination in the well, resulting in PPV characteristic emission peaks near to 520 nm, quite different from the reference device emission containing only PFO (broad emission band in the lower energy range). The current measurements showed that the presence of potential wells in the middle of the active layer is responsible for effective change in electrical properties of devices such as carrier density n, μ the mobility and conductivity. When there is only one potential well in the active layer, with or without injection layer, the current regime for voltages below 3.5 V is ohmic and unipolar, being dictated by holes, but when the voltage is greater than 3.5 V current regime is limited by the minority carrier, the electron. Surprisingly, when two wells are placed in the active layer, separating the carriers, both current as the excitonic formation and subsequent recombination are subject to a tunneling process by the majority carrier, the hole.
 
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Publishing Date
2017-05-08
 
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