專利名稱：有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機光伏和有機電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，尤其是一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件的結(jié)構(gòu)和制備方法。
背景技術(shù)：
有機光伏器件就是指聚合物太陽能電池(Polymer Solar Cells，PSCs)，當太陽光照射到聚合物半導(dǎo)體上時，利用太陽光中波長不大于材料禁帶寬度的光子，聚合物材料吸收光子后產(chǎn)生束縛在一起的電子一空穴對(激子)，激子擴散到金屬陰極和聚合物界面時離解為電子和空穴(載流子)。在半導(dǎo)體內(nèi)建電場的作用下，載流子向相反電極方向移動并在電極上得以收集，從而在外電路產(chǎn)生光電流。制備方法簡單，造價低廉，可以制成超薄、大面積的柔性器件，但是目前聚合物太陽能電池能量轉(zhuǎn)化效率較低，還沒有進入量產(chǎn)階段。有機電致發(fā)光器件是指有機發(fā)光二極管(Organic Light-emitting Diode, 0LED)，在一定電場驅(qū)動下，電子和空穴分別從陰極和陽極注入到陰極修飾層和空穴注入層，并在發(fā)光層中相遇，形成的激子最終導(dǎo)致可見光的發(fā)射。因其自主發(fā)光，驅(qū)動電壓低、發(fā)光亮度高、色彩豐富以及工藝簡單，可制成超薄、大面積柔性器件等優(yōu)點而成為當前平板顯示領(lǐng)域的研究熱點ο
聚合物太陽能電池與傳統(tǒng)無機太陽能電池相比具有制備工藝簡單，成本低廉，通常采用旋涂、噴涂、刮涂等方法制備。其中使用聚合物材料主要包括聚乙炔，聚噻吩，聚苯乙烯撐，聚吡咯，聚苯胺等。
小分子材料包括酞菁類衍生物、茈類衍生物、富勒烯及其衍生物、并五苯等。有機小分子材料有著確定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量，能夠用現(xiàn)有的實驗技術(shù)獲得高純度的材料，可以采用真空氣相沉積技術(shù)制備的光伏器件，比較容易得到有序和高質(zhì)量的有機薄膜，重復(fù)性非常好。
1991年以Gratzel為代表的科學(xué)家們采用聯(lián)吡啶釕修飾的納晶TW2電極，使得其光電轉(zhuǎn)換效率有了質(zhì)的飛躍，接近甚至超過了硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。目前普林斯頓大學(xué)的Rarest研究小組，對真空沉積有機小分子光電器件有著系統(tǒng)和深入的研究。真空沉積的有機光伏電池的基本結(jié)構(gòu)是p-n結(jié)的雙層器件，器件效率主要制約因素是光生激子能否有效的擴散到給受體的界面和提高界面的面積。研究者發(fā)現(xiàn)在受體與電極材料界面存在激子復(fù)合的現(xiàn)象，因此在有機受體材料和電極材料之間引入激子阻擋層，最常用的是有機分子是BCP。
基于 hybrid planar-mixed molecular heterojunction (PM-HJ)的高效率器件結(jié)構(gòu)，ITO/CuPc/CuPc C60/C60/BCP/Ag,在 AMI. 5100mff/cm2 能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過 5%。(J. G. Xue ;B. P Rand ；S. Uchida ；S. R. Forrest, A hybrid planar-mixed molecular heterojunction photovoltaic cell. Adu Mater. 2005,17, (1),66-71.)
多晶的LaB6功函數(shù)低的特點，可以使用在有機電致發(fā)光器件中，在陰極端作為電子注入層，提高電子的注入效率，從而提高器件的發(fā)光效率，同時多晶LaB6材料具有透明度高，不影響透光，可以將OLED器件做成頂發(fā)光和低發(fā)光的透明的器件。
有機光伏器件和有機電致發(fā)光聯(lián)用制備成顯示器件，可以實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的效果。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)有機光伏器件利用太陽光作為穩(wěn)定的直流電源，驅(qū)動OLED器件實現(xiàn)上下頂和低發(fā)光。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，該器件包括設(shè)置在同一塊玻璃基板的兩側(cè)的有機光伏器件和有機電致發(fā)光器件，所述有機電致發(fā)光器件包括設(shè)置在玻璃基板一表面的氧化銦錫ITO導(dǎo)電層，作為發(fā)光器件陰極，在ITO導(dǎo)電層上依次設(shè)置有電子注入層、電子傳輸層和發(fā)光層、空穴傳輸層及陽極ITO導(dǎo)電層；所述有機光伏器件包括設(shè)置在玻璃基板另一表面的金屬陰極層，在金屬陰極層上依次設(shè)置有激子阻擋層、電子給體層、共混層、 電子受體層及陽極ITO導(dǎo)電層；所述有機光伏器件的金屬陰極與有機電致發(fā)光器件的ITO 導(dǎo)電層相連，有機光伏器件的陽極ITO導(dǎo)電層與有機電致發(fā)光器件的陽極ITO導(dǎo)電層相連。
所述有機光伏器件在光照的條件下通過陽極ITO導(dǎo)電層產(chǎn)生光電流，提供直流電壓驅(qū)動有機電致發(fā)光器件，因為光伏器件產(chǎn)生的開路電壓較小，所述有機光伏器件由分為多個小塊相互串聯(lián)連接起來構(gòu)成，用以滿足發(fā)光器件所需的驅(qū)動電壓。
所述有機電致發(fā)光器件中電子注入層為透明的功函數(shù)較低的LaB6,發(fā)光器件可以同時實現(xiàn)頂發(fā)光和底發(fā)光，通過有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用，發(fā)光器件的底發(fā)光(靠近玻璃一側(cè))，透過玻璃后會被玻璃另一表面的Ag電極層反射回去，從而增加發(fā)光器件頂發(fā)光的亮度。
所述有機光伏電致發(fā)光連用的顯示器件結(jié)構(gòu)是陽極ITO導(dǎo)電層200nm/電子受體層CuPc IOnm/共混層CuPc C6020nm = 1 /電子給體層C6(130nm/激子阻擋層BCP IOnm/金屬陰極層AgSOnm/玻璃基板Glass/ITO導(dǎo)電層/電子注入層LaB6150nm/電子傳輸層和發(fā)光層Al%50nm/空穴傳輸層NPB40nm/陽極ITO導(dǎo)電層200nm，其中ITO導(dǎo)電層200nm CuPc 10nm/CuPc C6020nm = 1 lw% /C6030nm/BCP 10nm/Ag80nm。
本發(fā)明還給出了一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件的制備方法，該方法包括下述步驟
1)將銦錫氧化物ITO玻璃基板清洗干凈并烘干，再經(jīng)過紫外線+臭氧處理(UVO) 處理20min ；
2)將玻璃基板1放入到電子束蒸發(fā)腔室中，蒸鍍電子注入層LaB6厚度至150nm ；
3)將蒸鍍電子注入層La^5的基板轉(zhuǎn)移到真空鍍膜機中蒸鍍，當真空度高于 1 X IO^4Pa時，依次蒸鍍電子傳輸層和發(fā)光層Alq3/空穴傳輸層NPB40nm，電子傳輸層和發(fā)光層厚度是50nm，空穴傳輸層厚度是40nm ；
4)通過機械手臂將器件翻轉(zhuǎn)180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板， 依次蒸鍍金屬陰極層AgSOnm/激子阻擋層BCP IOnm/電子給體層C6(130nm/共混層 CuPc C6020nm =1 lw% 20nm/ 電子受體層 CuPc IOnm ；
5)在真空鍍膜機中蒸鍍完成后，將蒸鍍完成的器件放入到磁控濺射的腔體中，在器件的上下表面各濺射一層陽極ITO導(dǎo)電層，厚度均為200nm，得到有機光伏和電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件。
由于本發(fā)明采用有機光伏器件作為直流電源，給發(fā)光器件提供直流電壓驅(qū)動，有機光伏器件產(chǎn)生的開路電壓較小，發(fā)明中采用多個小塊器件，形成串聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)以滿足發(fā)光器件所需的驅(qū)動電壓。有機電致發(fā)光器件中電子注入層是透明的功函數(shù)較低的多晶 LaB6,發(fā)光器件可以同時實現(xiàn)頂發(fā)光和底發(fā)光，通過有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用，發(fā)光器件的底發(fā)光(靠近玻璃一側(cè))，透過玻璃后會被玻璃另一表面的Ag電極層反射回去，可以增加發(fā)光器件頂發(fā)光的亮度。


圖1是有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的單面顯示器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的雙面顯示器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，1-玻璃基板；2-IT0導(dǎo)電層；3-電子注入層；4_電子傳輸層和發(fā)光層；5_空穴傳輸層；6-陽極ITO導(dǎo)電層；7-金屬陰極層；8-激子阻擋層；9-電子給體層；10-共混層； 11-電子受體層；12-陽極ITO導(dǎo)電層。
具體實施方式
下面通過附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
如圖1所示，給出了該有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的單面顯示器件的結(jié)構(gòu)示意圖，該顯示器件包括設(shè)置在同一塊玻璃基板1的兩側(cè)的有機光伏器件和有機電致發(fā)光器件，有機電致發(fā)光器件包括設(shè)置在玻璃基板1 一表面的氧化銦錫ITO導(dǎo)電層2，作為發(fā)光器件陰極， 在ITO導(dǎo)電層2上依次設(shè)置有電子注入層3、電子傳輸層和發(fā)光層4、空穴傳輸層5及陽極 ITO導(dǎo)電層6 ；有機光伏器件包括設(shè)置在玻璃基板1另一表面的金屬陰極層7，在金屬陰極層7上依次設(shè)置有激子阻擋層8、電子給體層9、共混層10、電子受體層11及陽極ITO導(dǎo)電層12 ；有機光伏器件的金屬陰極7與有機電致發(fā)光器件的ITO導(dǎo)電層2相連，有機光伏器件的陽極ITO導(dǎo)電層12與有機電致發(fā)光器件的陽極ITO導(dǎo)電層6相連。
本發(fā)明的有機光伏器件在光照的條件下通過陽極ITO導(dǎo)電層12產(chǎn)生光電流，提供直流電壓驅(qū)動有機電致發(fā)光器件，因為光伏器件產(chǎn)生的開路電壓較小，有機光伏器件由分為多個小塊相互串聯(lián)連接起來構(gòu)成，用以滿足發(fā)光器件所需的驅(qū)動電壓。
其中，有機電致發(fā)光器件中電子注入層3為透明的功函數(shù)較低的LaB6,發(fā)光器件可以同時實現(xiàn)頂發(fā)光和底發(fā)光，通過有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用，發(fā)光器件的底發(fā)光(靠近玻璃一側(cè))，透過玻璃后會被玻璃另一表面的Ag電極層反射回去，從而增加發(fā)光器件頂發(fā)光的亮度。
進而，本發(fā)明有機光伏器件結(jié)構(gòu)是陽極ITO導(dǎo)電層12200nm/電子受體層1 ICuPc IOnm/共混層 IOCuPc C60=I ，20nm/電子給體層 9C6(130nm/激子阻擋層 8BCP IOnm/ 金屬陰極層7Ag80nm/玻璃基板lGlass/ITO導(dǎo)電層2/電子注入層3LaB6150nm/電子傳輸層和發(fā)光層4Al%50nm/空穴傳輸層5NPB40nm/陽極ITO導(dǎo)電層6 200nm。
再者，本發(fā)明還可以采取如圖2所示的有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的雙面顯示器件的結(jié)構(gòu)，增加了本發(fā)明顯示器件多重功能。
本發(fā)明還給出了有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件的制備方法，包括下述步驟
1)將銦錫氧化物ITO玻璃基板1清洗干凈并烘干，再經(jīng)過紫外線+臭氧處理(UVO) 處理20min ；
2)將玻璃基板1放入到電子束蒸發(fā)腔室中，蒸鍍電子注入層3LaB6厚度至150nm ；
3)將蒸鍍電子注入層3LaB6的基板轉(zhuǎn)移到真空鍍膜機中蒸鍍，當真空度高于 1 X IO^4Pa時，依次蒸鍍電子傳輸層和發(fā)光層4Alq3/空穴傳輸層5NPB40nm，電子傳輸層和發(fā)光層4厚度是50nm，空穴傳輸層5厚度是40nm ；
4)通過機械手臂將器件翻轉(zhuǎn)180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板， 依次蒸鍍金屬陰極層7Ag80nm/激子阻擋層8BCP IOnm/電子給體層9C6(130nm/共混層 IOCuPc C6020nm = 1 Iw% 20nm/電子受體層 IlCuPclOnm ；
5)在真空鍍膜機中蒸鍍完成后，將蒸鍍完成的器件放入到磁控濺射的腔體中，在器件的上下表面各濺射一層陽極ITO導(dǎo)電層(包括陽極ITO導(dǎo)電層6和陽極ITO導(dǎo)電層 12)，厚度均為200nm，得到有機光伏和電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件。
經(jīng)上述制備得到的本發(fā)明的整體器件結(jié)構(gòu)是ITO (200nm) /CuPc (IOnm) / CuPc C60 (20nm, 1 Iw % )/C60 (30nm)/BCP (IOnm)/Ag (80nm)/Glass/IT0/LaB6 (150nm) / Alq3 (50nm)/NPB(40nm)/ITO(200nm),其中 ITO(200nm)CuPc(IOnm)/CuPc C60 (20nm, 1 Iw % )/C60 (30nm)/BCP(IOnm)/Ag(80nm)為光伏器件的結(jié)構(gòu)，IT0/LaB6(150nm)/ Alq3 (50nm) /NPB (40nm) /ITO (200nm)為電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)。酞菁銅(CuPc)作為電子給體層， 溴甲酚紫鈉鹽(BCP)作為激子阻擋層、三(8-羥基喹啉)鋁(Alq3)作為電子傳輸層和發(fā)光層，Ν，Ν' -(α-萘基)-N，N'-苯基聯(lián)苯二胺(NPB)作為空穴傳輸層。
本發(fā)明采用有機光伏器件作為直流電源，給發(fā)光器件提供直流電壓驅(qū)動，有機光伏器件產(chǎn)生的開路電壓較小，發(fā)明中采用多個小塊器件，形成串聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)以滿足發(fā)光器件所需的驅(qū)動電壓。有機電致發(fā)光器件中電子注入層是透明的功函數(shù)較低的多晶LaB6, 發(fā)光器件可以同時實現(xiàn)頂發(fā)光和底發(fā)光，通過有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用，發(fā)光器件的底發(fā)光 (靠近玻璃一側(cè))，透過玻璃后會被玻璃另一表面的Ag電極層反射回去，可以增加發(fā)光器件頂發(fā)光的亮度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，有機電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)也可采用單獨的底發(fā)光和單獨的頂發(fā)光結(jié)構(gòu)，有機光伏器件的所選材料不限，故凡應(yīng)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均同理皆包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，其特征在于該器件包括設(shè)置在同一塊玻璃基板(1)的兩側(cè)的有機光伏器件和有機電致發(fā)光器件，所述有機電致發(fā)光器件包括設(shè)置在玻璃基板(1) 一表面的氧化銦錫ITO導(dǎo)電層O)，在ITO導(dǎo)電層(2)上依次設(shè)置有電子注入層(3)、電子傳輸層和發(fā)光層G)、空穴傳輸層( 及陽極ITO導(dǎo)電層(6)；所述有機光伏器件包括設(shè)置在玻璃基板(1)另一表面的金屬陰極層(7)，在金屬陰極層(7)上依次設(shè)置有激子阻擋層(8)、電子給體層(9)、共混層(10)、電子受體層(11)及陽極ITO導(dǎo)電層(12)； 所述有機光伏器件的金屬陰極(7)與有機電致發(fā)光器件的ITO導(dǎo)電層( 相連，有機光伏器件的陽極ITO導(dǎo)電層(12)與有機電致發(fā)光器件的陽極ITO導(dǎo)電層(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，其特征在于所述有機光伏器件在光照的條件下通過陽極ITO導(dǎo)電層(1 產(chǎn)生光電流，提供直流電壓驅(qū)動有機電致發(fā)光器件；所述有機光伏器件分為多個小塊相互串聯(lián)連接構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，其特征在于所述有機電致發(fā)光器件中電子注入層3為透明的LaB6。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件，其特征在于所述有機光伏電致發(fā)光連用的顯示器件結(jié)構(gòu)是陽極ITO導(dǎo)電層(12)200nm/電子受體層(Il)CuPc IOnm/共混層(IO)CuPc C6020nm = 1 lw% / 電子給體層(9) C6(130nm/激子阻擋層(8) BCP IOnm/金屬陰極層(7)AgSOnm/玻璃基板(1)Glass/ITO導(dǎo)電層(2)/電子注入層(3) LaB6150nm/電子傳輸層和發(fā)光層⑷Al%50nm/空穴傳輸層(5)NPB40nm/陽極ITO導(dǎo)電層 (6)200nm。
5.一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)將銦錫氧化物ITO玻璃基板(1)清洗干凈并烘干，再經(jīng)過紫外線+臭氧處理(UVO) 處理20min ；2)將玻璃基板(1)放入到電子束蒸發(fā)腔室中，蒸鍍電子注入層(3)La~厚度至150nm；3)將蒸鍍電子注入層(3)LaB6的基板轉(zhuǎn)移到真空鍍膜機中蒸鍍，當真空度高于 1 X IO^4Pa時，依次蒸鍍電子傳輸層和發(fā)光層G)Alq3/空穴傳輸層(5)NPB40nm，電子傳輸層和發(fā)光層⑷厚度是50nm，空穴傳輸層(5)厚度是40nm ；4)通過機械手臂將器件翻轉(zhuǎn)180度，在器件的另一表面使用不同的掩模板，依次蒸鍍金屬陰極層⑵AgSOnm/激子阻擋層(S)BCP IOnm/電子給體層(9)C6(130nm/共混層(10) CuPc C6020nm = 1 20nm/電子受體層(Il)CuPc IOnm ；5)在真空鍍膜機中蒸鍍完成后，將蒸鍍完成的器件放入到磁控濺射的腔體中，在器件的上下表面各濺射一層陽極ITO導(dǎo)電層，厚度均為200nm，得到有機光伏和電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機光伏電致發(fā)光聯(lián)用的顯示器件及其制備方法，該器件包括設(shè)置在同一塊玻璃基板的兩側(cè)的有機光伏器件和有機電致發(fā)光器件，有機光伏器件的金屬陰極與有機電致發(fā)光器件的ITO導(dǎo)電層相連，有機光伏器件的陽極ITO導(dǎo)電層與有機電致發(fā)光器件的陽極ITO導(dǎo)電層相連。本發(fā)明采用有機光伏器件作為直流電源，給發(fā)光器件提供直流電壓驅(qū)動，有機光伏器件產(chǎn)生的開路電壓較小，發(fā)明中采用多個小塊器件，形成串聯(lián)電池的結(jié)構(gòu)以滿足發(fā)光器件所需的驅(qū)動電壓。有機電致發(fā)光器件中電子注入層是透明的功函數(shù)較低的多晶LaB6，發(fā)光器件可以同時實現(xiàn)頂發(fā)光和底發(fā)光，發(fā)光器件的底發(fā)光透過玻璃另一表面的Ag電極層反射回去，可以增加發(fā)光器件頂發(fā)光的亮度。
文檔編號H01L51/50GK102542926SQ201110455800
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者王香 申請人:彩虹集團公司