Funktion und Ermüdung oxidischer Elektroden in organischen Leuchtdioden

Prof. Dr. A. Klein (FG Oberflächenforschung)
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Im bisherigen Verlauf des Teilprojekts konnte durch umfangreiche Messungen an ITO Oberflächen und deren Grenzflächen zu organischen Materialien ein detailliertes Verständnis der beteiligten Prozesse erarbeitet werden. Entscheidend war dabei, dass die ITO-Herstellung in situ erfolgt ist. Dadurch konnte zweifelsfrei festgestellt werden, dass die größten Beiträge zur Änderung der Arbeitsarbeit des ITO nicht durch Änderungen des Oberflächendipols, sondern durch Änderung der Lage des Ferminiveaus verursacht werden. Dieser Aspekt wurde in der Literatur bisher weitgehend vernachlässigt.

Die Ergebnisse belegen weiterhin, dass die Änderung des Ferminiveaus mit der Ein- bzw. Auslagerung von Sauerstoff in das ITO zusammenhängt. Diese wird durch die spezielle Defektstruktur des ITO mit einer großen Zahl so genannter struktureller Leerstellen begünstigt.
Bei der Bildung der Grenzfläche mit organischen Materialien wird Sauerstoff ausgelagert. Dieser reagiert mit den organischen Molekülen und führt zu deren chemischen Zersetzung. Bei der Auslagerung von Sauerstoff ändert sich die Lage des Ferminiveaus an der ITO-Oberfläche dergestalt, dass die Barrierenhöhe für die Injektion von Löchern erhöht wird (Reduktion der Austrittsarbeit). Dies könnte ursächlich für die Erhöhung der Spannung im Verlauf des Betriebs organischer Leuchtdioden bei konstantem Strom verantwortlich sein.

Sowohl die Zersetzung der Moleküle, als auch die Änderung der Barrierenhöhe können maßgeblich zur Ermüdung beitragen. Hieraus ergeben sich folgende Zielvorgaben für die Fortsetzung des Projekts:
Einerseits soll der Sauerstoffaustausch, insbesondere dessen Kinetik, an ITO-Oberflächen quantisiert werden. Vorgesehen sind hierzu in erster Linie zeitabhängige Messungen der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Atmosphäre, Untersuchungen zum Sauerstoffaustausch mit dem Isotop 18O, und Photoemission bei hohem Drücken. Die Methodik soll dann dazu verwendet werden um modifizierte ITO-Oberflächen hinsichtlich der Änderung des Sauerstoffaustauschs zu charakterisieren. Als Modifizierung werden an dieser Stelle die üblicherweise für die Herstellung von organischen Leuchtdioden verwendeten Oberflächenbehandlungen (z. B. UV-Ozon) und anorganische Beschichtungen der Oberfläche (z. B. SnO2, Al2O3) betrachtet. Parallel dazu soll versucht werden, ob SnO2 basierte Elektrodenmaterialien prinzipiell für organische Leuchtdioden geeignet sind. Um den Einfluss des Sauerstoffaustauschs auf die Ermüdung und die Wirksamkeit der Oberflächenmodifizierungen nachzuweisen werden durchgängig organische Leuchtdioden unter Verwendung der jeweiligen Elektroden hergestellt und charakterisiert.