Recently organic devices are widely investigated in the world. In this study we
are investigating the transport physical parameters like mobility, trap energy levels and
density of states of OLEDs and OPVs by several methods to contribute the under-
standing physics. To extract the mobility of the Alq3 and P3HT:PCBM-71, we use
the photo-CELIV(charge extraction in linearly increasing voltage) and compare with
results of other groups. Mobility of thin lm device (~0.1 um) could be measured
by photo-CELIV while ToF method needs thick devices ( > 1 um) because of pene-
tration depth. For the trap energy level, we could use the several methods like trap-
limited SCLC(space charge limited current), PICTS (photo-induced current transient
spectroscopy) and turn-o dynamics of transient-electroluminescence(EL). We extract
the trap energy level of P3HT:PCBM-71 as 70 meV by trap-limited SCLC and PICTS.
For phosphorescent OLEDs triplet trap energy levels are extracted by temperature de-
pendence of dispersive parameter. The triplet trap energy levels represent the e ective
energy gap between host and dopant triplet levels. By impedance spectroscopy, junc-
tion parameters and density of state near HOMO level are investigated. We also could
extract the attempt-to-escape frequency from temperature dependence of capacitance-
frequency characteristics. Extracted attempt-to-escape frequency of P3HT:PCBM are
around 108 109(s??1). Large boundary leads to small attempt-to-escape frequency.
The domain sizes of P3HT in bulk heterojunction are determined by analogy with the
attempt-to-escape frequency. We also fabricated the multi-layer OLEDs with new con-
ductive polymers to improve the performance and stability. These HIL material are
non acidic (pH 6-7) thus we avoid the damage on ITO. Eciency, driving voltage and
stability are improved with new HIL1.3N because of its high work function, preventing
the spike of ITO by cladding and its neutral property.
최근 유기 소자에 대한 연구는 전 세계적으로 이루어 지고있다. 이번 연구에서는 유기발광소자 및 벌크 헤테로 정션 태양전지의 물리적인 이해를 위해서 필요한 수송특성에 대한 연구를 진행하였다. 수송특성 중 이동도, 트랩 에너지 레벨, 트랩의 분포도 등을 이번 연구에서 연구하였다. 특히 이동도는 Alq$_3$ 소자 및 P3HT:PCBM-71 벌크헤테로 정션 구조에서의 값을 photo-CELIV(charge extraction in linearly increasing voltage) 방법을 이용해서 추출하였고, 이 값들은 다른 그룹들에서 나온 값과 비슷함을 확인하였다. ToF(Time of flight) 방법의 경우 빛의 침투 깊이를 고려하였을때 상대적으로 두꺼운( > 1 um) 박막의 소자를 사용하여야 하는데 반하여 얇은 박막의 소자 (~0.1 um) 에서는 photo-CELIV 방법이 유용하다는 것을 확인 하였다. 트랩 에너지 레벨의 경우 이 연구에서 몇가지 방법(trap-limited SCLC(space charge limited current), PICTS (photo-induced current transient spectroscopy) and turn-off dynamics of transient-electroluminescence(EL))을 통하여 값을 추출하였다.P3HT:PCBM-71 소자의 경우 약 70 meV 정도의 값이 나오는 것을 확인하였으며, 인광 유기발광 소자의 경우 삼중항 트랩에너지 레벨의 값을 온도에 따른 Dispersive Parameter의 변화에서 추출할 수 있었다. 삼중항 트랠 에너지 레벨은 호스트 와 도펀트 물질의 삼중항 레벨의 차이를 다시 표현 하는 것이라 볼 수 있다. 즉 도핑 비율과 호스트와 도펀트의 삼중항 레벨차이를 나타낸다고 볼 수 있다. 임피던스 스펙트로스코피에서 정션의 특징 값들과 HOMO(highest occupied molecular orbital)레벨 근처에서의 Density of State를 값을 추출 할 수 있다. 그리고 여기서 또한 Capacitance-Frequency의 온도에 따른 변화에서 Attempt-to-escape Frequency를 추출 할 수 있는데, P3HT:PCBM의 값은 대략 10^8 ~10^9(s^{-1}) 정도로 나왔다. 이 값은 넓은 바운더리를 갖는 경우에 작은 attempt-to-escape frequency를 나타낸다. P3HT:PCBM-71 벌크 헤테로 정션에서의 P3HT의 크기를 정성적으로 유추할 수 있을 것으로 생각된다. 추가적으로 다층구조의 유기발광소자를 새로운 전도성 고분자 물질을 사용해서 소자의 특성 및 안정성을 확인하였다. 이 새로운 전도성 고분자 물질은 정공 주입층으로 사용하는데, 산도가 중성적(pH 6-7)이기 때문에 PEDOT:PSS와 같은 산성의 물질이 ITO 계면에 손상을 주는 것을 방지할 수 있고, 효율, 구동전압, 안정성 등이 향상됨을 확인하였다. HIL1.3N이라는 물질을 사용하였을때 가장 효율이 높아지고, 구동전압이 낮아졌는데 이것을 이 물질이 갖는 높은 일함수 때문이라고 볼 수 있었다.
