第四章 實驗設計與結果分析
4.3 實驗二：以摻雜型 LEC 作載子捕捉探討
將低能隙近紅外螢光雷射染料 DTTCI 摻雜在發光層,作為載子捕捉,以 達調整載子平衡作用 [26] ，其能階圖如圖 30 Device II 所示。
◆ 材料配製
ˇ 溶液濃度：250 mg/c.c，溶劑：Acetonitrile( CH3CN) ˇ主體有機發光材料：客體有機發光材料
Ru(dtb-bpy)3 (PF6)2：DTTCI = 99.9 wt.%：0.1 wt.%
◆ 元件結構 Device Ⅱ：
ITO (120 nm)/PEDOT:PSS (30 nm)/錯合物 1 號摻雜 0.1 wt.% DTTCI (450 nm)/Ag (100 nm)
◆ 製程條件
1.PEDOT:PSS 以旋轉塗佈機 4000 rpm 旋轉塗佈 1 min，膜厚約 30 nm 2.PEDOT:PSS 塗佈完以 150 ℃退火 30 min
3.主動發光層以旋轉塗佈機 3000 rpm 旋轉塗佈 1 min，膜厚約 450 nm 4.主動發光層放置低水氧手套箱以 60 ℃退火 6 hr 以上
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4.3.1 電激發光頻譜與複合區位置推估結果分析
在 LEC 發光層中摻雜載子捕捉因其顯著調整載子平衡的動作，證實了 元件效率會被影響 [31] 。然而，還未有文獻發表以實驗去證實複合區位置 的變動會影響到元件效率。在本實驗中，以低能隙的近紅外材料 DTTCI 作 為客體材料摻雜在主體材料錯合物 1 號中，是為 Device II 之主動發光層結 構，其能階圖如圖 30 Device II 所示，其主體材料錯合物 1 號與客體材料 DTTCI 有著相似的 LUMO 能階，然而 HOMO 能階則有著顯著的差異，因 為這樣的能階結構差異，電洞會在客體被捕捉而非直接注入到主體中，因 此，客體在發光層作為電洞捕捉，接著同樣以操作 Device I 的方法進行 Device II 的量測，以推估會隨時間不同而改變的複合區位置變化。圖 34
(a)~(d)顯示了在 2.5 V 電壓驅動下，去推估第 13 分鐘、第 50 分鐘、第 125 分鐘及第 250 分鐘的複合區位置分別在離陰極 390 nm、377 nm、338 nm、
295 nm 波段處，複合區由靠近陽極的地方漸漸往發光層中央位置移動，如 圖 34 所表示。將具摻雜電洞捕捉的 LEC (Device II)和無摻雜的純膜 LEC (Device I)相比，其隨時間不同的複合區移動趨勢結果是相反的(比較圖 32 和圖 34) 。
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圖 34 Device II 之模擬(實點)和量測(空心點)的電激發光頻譜在以 2.5 V 的 電壓驅動下，第(a)13、(b)50、(c)125 及(d)250 分鐘 之情形。複合區位置(zi) 可藉由匹配模擬和量測的電激發光頻譜來推估
500 600 700 800 900
0.0
EL Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
500 600 700 800 900
0.0
EL Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
500 600 700 800 900
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EL Intensity (a.u.)
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0.0
EL Intensity (a.u.)
Wavelength (nm)
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4.3.2 複合區位置變化與元件效率分析
當偏壓驅動的初始，摻雜層還未形成，此時複合區位置取決於低能隙 客體誘使的電洞捕捉，當摻雜形成過程持續進行的同時，由於 Device II 具 有較低的電洞注入位障，電洞注入效率的提升將會比電子快，參考圖 30，
因此，複合區位置會往發光層中央位置移動。當摻雜層完全建立後(t 大於 250 min)，電洞及電子將維持相對不變的注入效率，而複合區位置也達到穩 定。
會隨時間變化而改變的外部量子效率，以 2.5V 電壓驅動 Device II，並 操作 10 小時，其結果於圖 35 所示。在 Device II 的初期量測中(t 小於 300 min) ，可以看到外部量子效率有短暫的波鋒，並且在隨複合區的移動過程 中，其元件效率也下降了，如圖 35 所示，也說明了因為摻雜層的擴張，激 子在複合區猝熄了。
然而，和無摻雜的純膜 Device I 相比，Device II 要達到穩定之元件 效率需花費較多的時間，且比較圖 31 (a)及(b)，看出 Device II 達到最大亮 度值所需時間也比 Device I 長，經量測發現因其驅動時間(turn-on times)較 長，其相似的結果都可以在摻雜低能隙客體的 LEC 類似文獻中看到 [25]
[26] 。摻雜低能隙客體的發光層因為載子捕捉，其電阻率也增加了，由於
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一些壓降出現在摻雜層中，有效壓降因為跨越了無摻雜層而被降低了，此 結果造成其有較低的電場，使游離子累積，而游離子累積越多，驅動元件 所需的反應時間也會越長。此外，將圖 33 及圖 35 作對照，在穩定狀態下，
達到相對固定的複合區時，Device II 的外部量子效率(1.1 %)明顯小於 Device I (1.8 %)，對於都達穩定複合區位置的兩元件來說，此為最大的差異
了。對於 Device I 來說，達穩定時，複合區位置接近發光層的中央位置(離 陰極 250 nm 處)，當確保複合區和摻雜區有著較大距離時，可預測到激子猝 熄程度也會跟著較低。將已達穩定的複合區位置和 Device I 相比，Device II 因電洞捕捉使複合區被往陽極推 45 nm，如圖 35 所示。由於複合區較接近 p 型摻雜層，Device II 會有較嚴重的激子猝熄，使元件效率降低。這些結果 證實了載子平衡可以藉由摻雜，使之具有載子捕捉效果以調控激子猝熄程 度來調整元件的效率。
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External Quantum Efficiency (%)
Time (min)
External Quantum Efficiency (%)
Time (min)
圖 35 Device II 在 2.5 V 電壓驅動下，量測最初 300 分鐘其外部量子效率 及複合區位置變化比較的情形。其內插的圖為完整量測 10 小時後的外部量 子效率變化趨勢
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