Shubham Negi、Poornima Mittal 和 Brijesh Kumar 三位研究人员在2019年9月4日于《IET Circuits, Devices & Systems》期刊上发表了一篇关于多层有机发光二极管（OLED）电性能的研究论文。该研究由印度Graphic Era（被视为大学）的电子与通信工程系、德里技术大学以及Madan Mohan Malviya技术大学的研究团队共同完成。研究的主要目的是通过分析多层OLED的电荷注入、传输和发射层的作用，提取并验证其电性能参数，以进一步优化OLED的性能。

学术背景

OLED技术因其柔性、耐用性和低功耗等优点，近年来在显示设备（如电视和手机）中得到了广泛应用。然而，随着设备需求的不断增长，研究人员致力于开发更高效、更小型的OLED器件。多层OLED通过引入不同的有机半导体（OSC）层，显著提升了电荷注入、传输和发射性能。本研究旨在通过数值模拟和实验验证，深入分析多层OLED的内部物理机制，并提取关键参数，如电场、载流子迁移率、浓度和电流密度，以推动OLED技术的进一步发展。

研究流程

研究主要分为以下几个步骤：

1. 多层OLED结构分析
   研究首先详细描述了多层OLED的结构，包括各层的材料及其尺寸。例如，m-MTDATA和NPB分别作为空穴注入和传输层，Alq3用于电子注入和传输，QAD作为发射层。研究使用Silvaco Atlas数值设备模拟器对多层OLED进行了分析，提取了其性能参数，并通过实验验证了模拟结果的准确性，偏差仅为3%。

2. 电特性分析
   研究采用Poole-Frenkel迁移率模型和Langevin复合模型分析了OLED的电特性和发光特性。Poole-Frenkel模型描述了OSC中的跳跃型载流子传输，而Langevin模型则用于解释电子和空穴的复合过程。通过模拟，研究提取了电流密度和发光强度随阳极电压的变化关系，并与实验数据进行了对比，结果显示两者高度吻合。

3. 内部物理机制分析
   研究通过“切割线”方法深入分析了多层OLED的内部物理机制，包括空穴和电子的迁移率、浓度及其复合过程。研究发现，在发射层附近，电子和空穴的浓度显著增加，这直接导致了高发光强度。此外，研究验证了Poole-Frenkel迁移率模型在OLED中的适用性，即迁移率随电场的变化而变化。

4. 数值分析
   研究基于Poisson方程和漂移-扩散方程，提取了多层OLED的内部参数，如电场、载流子浓度和电流密度。通过数值分析，研究进一步验证了内部物理机制分析的结果，并发现数值分析与内部分析的结果高度一致。

主要结果

研究的主要结果包括： - 在18V偏置电压下，多层OLED的最大电流密度和发光强度分别为459 mA/cm²和17,190 cd/m²。 - 在发射层附近，电场、电子和空穴浓度均达到峰值，分别为4.27×10⁶ V/cm、1.97×10¹⁸ cm⁻³和1.99×10¹⁸ cm⁻³。 - 电子和空穴的迁移率分别为0.82 cm²/Vs和0.68 cm²/Vs，表明载流子在设备中心区域发生复合。 - 数值分析结果与内部分析结果高度一致，验证了多层OLED的性能参数提取方法的准确性。

结论

研究通过数值模拟和实验验证，深入分析了多层OLED的内部物理机制，并提取了关键性能参数。研究结果表明，多层OLED的高发光强度主要归因于发射层附近的高电子和空穴浓度。此外，研究验证了Poole-Frenkel迁移率模型在OLED中的适用性，并证明了多层结构在平衡载流子浓度和提升发光效率方面的重要作用。该研究为OLED技术的进一步优化提供了重要的理论依据和实验支持。

研究亮点

• 通过数值模拟和实验验证，首次系统分析了多层OLED的内部物理机制。
• 验证了Poole-Frenkel迁移率模型在OLED中的适用性，为理解载流子传输机制提供了新的视角。
• 研究提出的多层OLED性能参数提取方法具有较高的准确性，为OLED技术的优化提供了重要工具。

其他有价值的内容

研究还探讨了不同层（如注入层、传输层和发射层）对OLED性能的影响，并提出了通过引入空穴阻挡层进一步提升发光效率的可能性。这些发现为OLED器件的设计和优化提供了新的思路。