Stabile und effiziente Kathoden für organische Leuchtdioden

Für die Realisierung leistungsfähiger und langlebiger organischer Leuchtdioden (OLEDs) sind effiziente und umweltstabile Kathoden eine wichtige Komponente. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung effizienter Kontakte zur Elektroneninjektion bei gleichzeitiger Verbesserung der Stabilität. Als Referenzsystem und Maßstab dient die derzeitige Standardkathode LiF / Al. Es werden drei Ansätze verfolgt: (a) Einsatz einer Aluminium-Magnesium-Legierung als oxidationsresistente Schutzschicht bzw. Injektionsschicht, (b) stufenweise Injektion der Elektronen über eine organische Zwischenschicht und (c) Verwendung einer neuen Schichtkathode aus einer sub-Nanometer dünnen Li3PO4-Schicht in Kombination mit einer Aluminium-Deckschicht. Ansatz c lieferte die vielversprechendsten Resultate: Mithilfe der Li3PO4 / Al-Kathode wurde eine zur Standardkathode LiF / Al vergleichbare Elektroneninjektion erreicht, während doppelt so lange Lebensdauern der OLEDs gemessen wurden. Bei der Untersuchung möglicher Funktionsmechanismen wie dem Einfluss von Löchern auf die Elektroneninjektion, einer Dotierung des Halbleiters und den Grenzflächeneigenschaften zeigte sich, dass das Funktionsprinzip der Li3PO4 / Al-Kathode nicht auf der Dotierung des kathodennahen organischen Halbleiters beruht, sondern vielmehr auf der Bildung einer dipolaren Grenzfläche. Durch eine Grenzflächenreaktion entstehen in situ teilweise ausgerichtete Dipole, die eine Absenkung der Austrittsarbeit bewirken. Dies resultiert in einer verbesserten Elektroneninjektion. Somit konnte ein effizientes und stabileres Kathodensystem entwickelt werden.

For the realisation of long-living organic light-emitting diodes (OLEDs) with a good performance efficient and stable cathode are a prerequisite. The objective of the present work is the development of efficiently electron injecting and stable contacts. The current standard cathode for OLEDs LiF / Al serves as reference system. Three different approaches are investigated: (a) Use of an aluminium-magnesium-alloy as an oxidation barrier or injection layer, respectively, (b) stepwise electron injection via an organic interlayer and (c) application of a novel bilayer cathode consisting of a sub-nanometer thin Li3PO4 layer capped with an aluminium layer. Approach c proved to be most promising: Using a Li3PO4 / Al cathode an efficient electron injection was realized which was competitive to the injection from the standard system LiF / Al. At the same time the devices with Li3PO4 / Al cathode showed an increased lifetime. The experiments investigating the mechanism behind the electron injection from Li3PO4 / Al (influence of holes on electron injection, doping, interface properties) revealed that the functional principle was not due to doping of the organic semiconductor close to the cathode but rather based on the in situ creation of a dipolar interface. Due to an interface reaction partly oriented dipoles are created causing a work function lowering. As a result the electron injection is promoted. Therefore, an efficient and stable cathode system was developed.