بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، ما کمپلکس آلی-فلزی برپایه یونهای آلومینیوم ساخته و آن را به عنوان ماده فلورسانس در دیودهای نورگسیل آلی استفاده کردیم. با استفاده از طیف های XRD، FT-IR، UV-Vis و PL کمپلکس سنتز شده را مشخصهیابی نمودیم. سپس در این کار ما اثر تزریق نانوذره اکسید فلزی ZnO درون PEDOT:PSS بر کارایی اپتیکی و الکتریکی دیودهای نورگسیل آلی را بررسی کردیم. نتایج از داده های تجربی روی طیف های J-V و EL نشان می دهدکه بازدهی اپتیکی و الکتریکی از نمونه با نانوذره ZnO بالاتر از نمونه بدون نانوذره ZnO می باشد.
مقدمه
دیودهای نورگسیل آلی در هر دو زمینه پژوهشی و تجاری به دلیل مزیت های منحصر به فرد خود از قبیل وزن سبک، ساختار باریک، وضوح بالا و ولتاژ کاری پایین بسیار مورد توجه قرار دارند
یکی از انواع این نوع دیودهای نورگسیل، دیودهای نورگسیل پلیمری - PLEDs - بوده که با توجه به مزایای خود از جمله گسیل در یک منطقه گسترده قابل مشاهده، فرایند حل شدن و لایه نشانی به روش های پرینت اسکرین و چاپ جوهرافشان ، پوشش دهی منطقه بزرگ، کم مصرف بودن برای برنامه های کاربردی به عنوان منابع نور برای مدار سیگنال های نوری و یا غیره مورد توجه قرار دارند .
هنوز پیشرفت مهم در ارائه PLEDs ها ، برای بهبود در ثبات، روشنایی و طول عمر مورد نیاز است. تحقیقات بسیاری با دلیل ویژگی خاص نانوذرات و کاربرد آنها در دیودها، بهبود عملکرد PLEDs ها را نشان می دهد. استفاده از تزریق نانوذرات - NPs - به لایه انتقال حفره در PLEDs، در ویژگی های دستگاه من جمله چگالی جریان بصورت قابل توجهی بهبود مشاهده می شود 1]، 4 و .[5 به خاطر اینکه تزریق نانو ذرات توانایی های تزریق بار و حمل و نقل بار را افزایش می دهند. در نتیجه ولتاژ به نوبه خود بر روی این دستگاه کاهش می یابد
از طریق تزریق نانوذرات مناسب معدنی، خواص الکتریکی PEDOT: PSS میتواند بهبود یافته و متعاقب آن لایه نانوکامپوزیتی PEDOT: PSS در PLEDs تزریق حفره را راحت تر می کن
در این پروژه، ابتدا کمپلکس آلی فلزی بر پایه آلومینیوم ساختیم و سپس اثر تزیق نانوذره اکسید فلزی ZnO به لایه PEDOT:PSS ، بازدهی PLEDها را مورد بررسی قرار دادیم.
بخش تجربی
مواد و روش سنتز: مواد اولیه مورد نیاز برای سنتز Alq3 از شرکت سیگما آلدریج و حلالهای آن از شرکت مرک خریداری شدند برای سنتز کمپلکس Alq3 از نمک فلزی Al - NO3 - 3.9H2O و لیگاند 8-Hydroxquinoline استفاده شد.
ابتدا به نسبت وزنی 3 به 1 به ترتیب از لیگاند و نمک وزن کرده و از هرکدام محلولهای جداگانه با مولاریته 1 از نمک و 1/3مولار از لیگاند درون حلال متانول تهیه شد. سپس این محلولها به هم اضافه شده و با همزن مغناطیسی به مدت 15 دقیقه همزده شدند. در نهایت محلول یکنواختی به رنگ زرد - سبز ایجاد گردید. محلول تهیه شده در دمای اتاق قرار داده شد تا حلال آن تبخیر شده و کمپلکس تشکیل گردد
طیف PL کاملا نشان دهنده اینست که این کمپلکس دارای طیف نشری در محدوده نور سبز میباشد. همچنین پیک جذبی کمپلکس آلومینیوم در محدودهی 300 تا 400نانومتر است که ماکزیمم پیک جذبی در 298 نانومتر و پیک جذبی 384 نانومتر میباشد. پیکهای های کمپلکس آلومینیوم با استفاده از مرجع دستگاه - JCPDS 26-1550 - XRD مشخص شدند که کمپلکس سنتز شده در فاز میباشد. این پیکها نشان میدهند، هیچ ناخالصی در محصول وجود ندارد و تطابق خوبی با نتایج نشان داده شده در طیف FT-IR دارند. ارتعاشات کششی یون آلومینیوم در محدوده 400 تا 600 و ارتعاشات کینولین - لیگاند - درمحدودهی 600 تا 800 800 متمرکزشده اند.
مراحل ساخت دیود نورگسیل:
برای ساختن قطعات اولین مرحله شستشویی کامل زیرلایههای ITO برای برطرف کردن هرگونه آلودگی، در حمام آلتروسونیک به ترتیب با استون، متانول، دیکلرومتان، آبدییونیزه به مدت 10 10 دقیقه میباشد. بعد از شستشو نویت به ساخت دیود میرسد.
در این مقاله ما دو دیود مشابه یکی دارای نانو ذره ZnO تزریق شده در لایه انتقال حفره و یکی بدون نانوذره ساختیم. در هردو دیود در ابتدا بر روی زیر لایه ITO لایه آلی PEDOT:PSS چرخشی با ضخامت 35 نانومتر لایه نشانی کردیم. بعد از لایه نشانی به بازپخت این لایه پرداختیم. شرایط بازپختی که ما در این جا برای لایه PEDOT:PSS مورد استفاده قرار دادیم 1ساعت در 120درجه سانتی گراد بود که این بازپخت باعث همواری لایه میگردد. مرحله بعدی در ساخت دیود، لایه نشانی مواد آلی به عنوان لایههای انتقال دهنده الکترون، انتقال دهنده حفره و نور گسیل روی لایهیPEDOT:PSS میباشد که از مواد PVK - polyvinyl carbazole - ،-PBD - 2- - 4 Biphenylyl - -5-phenyl- oxadiazole - و کمپلکس ساخته شده Alq3 برای این منظور استفاده شده است.
لایه نشانی این مواد به روش لایه نشانی چرخشی صورت گرفته و سپس در دمای 120 درجه پخت داده شدند، تا حلال تبخیر شود. بعد از آن آن لایه AL به روش تبخیری لایه نشانی شد. در این مرحله دیود کامل ساخته می شود. ضخامت این لایه 200نانومتر میباشد. باشد.
شکل:1 طیف XRD ، PL-UV و FT-IR از کمپلکس Alq3
نتایج و بحث:
پس از انجام مراحل لایه نشانی و ساخته شدن دیود، به بررسی رفتار الکتریکی و مشخصات اپتیکی و ساختاری دیودهای ساخته شده پرداختیم. بدین منظور پارامترهایی مانند جریان - ولتاژ J-V را با استفاده از دستگاه Keithley2400 ، گرفتن طیف الکترو لومینسانس - EL - با استفاده از دستگاه USB2000-Ocean Optic، بررسی رفتار ساختاری با دستگاه XRD و رفتار اپتیکی لایهها با UV-Vis را مورد بررسی قرار دادیم.
در شکل2 و جدول 1 طیف X-RD و پارامترهای آن برای لایهها قبل و بعد از دوپ کردن نانو ذرات ZnO را نشان میدهد. مشاهده میشود با دوپ کردن نانو ذرات، میانگین سایز ذرات بزرگتر شده است در نتیجه بند گپ کاهش می یابد و بدین ترتیب انتقال الکترون/حفره بهتر و موثرتر صورت می گیرد.کاهش مییابد ولی این کاهش انقدر چشمگیر نیست و تاثیر چندانی بر روی روشنایی خروجی از PLEDها ندارد.
شکل:2 طیف XR-D لایه PEDOT:PSS قبل و بعد از دوپ کردن نانو ذرات ZnO
شکل:3 طیف عبوری لایه ITO/PEDOT:PSS قبل و بعد از دوپ کردن نانو ذرات ZnO
جدول:1پارامترهای طیف X-RD لایهها قبل و بعد ازدوپ کردن نانو ذرات
شکل 3 طیف عبوری لایهها با و بدون نانوذره ZnO را نشان می-دهد.
شکل4 :طرح شماتیکی از مراحل ساخت دیود
شکل 4 طرح شماتیکی از مراحل ساخت دیودهای ساخته شده را نشان میدهد. بعد از ساخت دیودها، برای بررسی عملکرد آنها، قطعه با اعمال ولتاژ مورد آزمایش قرار گرفت . ولتاژ اعمالی به صورت پلهای و در هر مرحله جریان عبوری از قطعه ساخته شده اندازه گیری شد. ولتاژی که در آن دیود شروع به نورتابی میکند را ولتاژ آستانه میگویند. شکل 4 منحنی جریان ولتاژ دیودهای نورگسیل آلی ساخته شده را نشان میدهد.
