有机光电器件ITO阳极表面改性及其时效性研究

　　采用射频氧等离子体(RFOP)处理对氧化铟锡(ITO)薄膜表面进行改性, 通过原子力显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射仪和接触角仪等测试表征, 研究了改性对ITO表面性质的影响。实验结果表明, RFOP处理优化了ITO表面的化学组分, 提高了ITO表面的平整度, 改善了ITO表面的物理化学性质。同时, 通过接触角监测和表面能计算, 研究了ITO表面RFOP改性的时效性, 结果证实, ITO表面优化后的物理化学性质随存放时间增加而逐渐退化。另外, 采用改性后不同存放时间的ITO衬底作为阳极, 制备了有机发光器件, 通过测量光电特性, 进一步研究了ITO表面性质对器件性能的影响。

　　氧化铟锡( indiumtin oxide, ITO) 作为一种重要的透明导电氧化物半导体材料, 它不仅具有稳定的化学性质, 而且具有优良的导电性能和光透射率, 因此被广泛应用于平板显示器件、太阳能电池、激光器
和传感器等有机光电器件之中 。对于有机太阳能电池( organic solar cells, OSC) 和有机发光器件( organic light emitting device, OLED) , 它们的典型结构为三明治型的夹心结构, 即一层或多层有机功能层被夹在上下两个电极之间, 其中阴极常常选用低功函的金属材料, 而阳极则大多采用透明的ITO 导电玻璃。由于这类器件的光电性能在很大程度上受到ITO 阳极表面性质的影响, 因此, 商用ITO 导电玻璃用于制作OSC 或OLED 器件之前, 通常需要采用适当的方法对ITO 薄膜表面进行处理, 通过优化其表面性质来提高器件的光电性能。迄今为止,用于ITO 表面改性的方法可以分为干法处理和湿法处理两种类型, 其中, 干法处理通常采用各种电离气体等离子体( 如Ar, N2, H2, SF6 等) 对ITO 表面进行溅射清洗, 来去除其表面污染, 改善其表面形态; 而湿法处理则通过不同的有机溶剂在ITO 表面键合新的基团, 以达到对其表面进行改性的目的。

　　尽管人们对ITO 表面处理进行了较为广泛的研究,但是这些研究仍然主要集中在ITO 功函数、载流子注入等电学性质方面, 而对ITO 表面浸润性、表面能等物理化学性质的研究则相对较少。本文采用射频氧等离子体( RFOP) 处理对ITO 薄膜进行表面改性,利用多种测试技术表征了改性对ITO 性质的影响,并通过接触角测量和表面能计算研究了ITO 表面RFOP 改性的时效性, 同时采用RFOP 处理后不同存放时间的ITO 薄膜作为阳极制备了OLED, 进一步研究了ITO 表面性质对器件性能的影响。

3、结论

　　利用RFOP 处理对ITO 薄膜进行表面改性, 采用多种表征方法研究了表面改性对ITO 性质的影响。AFM 测试结果表明RFOP 处理减小了ITO 表面颗粒和表面粗糙度, 改善了ITO 的表面形态。XPS分析结果显示RFOP 处理有效去除了ITO 表面的有机污染, 优化了ITO 表面的化学组分。接触角测量和表面能计算发现, RFOP 处理降低了ITO 表面的水接触角, 提高了ITO 的表面能和极性分量, 显著改善了ITO 表面的物理化学性质, 但优化过的物理化学性质却随存放时间增加而逐渐退化。另外, OLED测试结果表明, 器件性能与ITO 表面处理后的存放时间密切相关, ITO 表面性质通过影响ITO/有机层界面特性进而影响器件的光电性能。