Tailoring the hole-injection layer in organic light-emitting devices by introducing Au@SiO2 nanoparticles
有机发光二极管（OLED）技术是近几十年来显示技术领域的重要研究对象，因其高效率、低功耗、优秀的色彩范围和快速响应时间等优势，有望应用于高效率全彩平板显示和固态照明光源。OLED设备性能的一个关键方面是电荷注入层的设计，特别是空穴注入层（Hole Injection Layer, HTL），这对于设备的内部量子效率（Internal Quantum Efficiency, IQE）和外部量子效率（External Quantum Efficiency, EQE）有着直接的影响。
为了提升有机发光设备的性能，有研究团队提出了一种简单有效的方法：在有机发光设备中引入具有二氧化硅壳层的金纳米颗粒（Au@SiO2）。这种纳米颗粒结合了局部表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon, LSP）和光学散射效应，从而改善了磷光有机发光设备（Phosphorescent Organic Light-Emitting Devices, PhOLEDs）的内部和外部量子效率。研究中发现，Au@SiO2纳米颗粒在设备内部引起的表面等离子体耦合可以修改三线态激子（triplet exciton）的寿命，从而增加了含有纳米颗粒设备的内部量子效率。同时，由Au@SiO2纳米颗粒引起的光学散射效应增强了PhOLEDs的光耦合效率，这一点通过测量角度解析光致发光得到了证明。最终，使用这种复合HTL的PhOLEDs实现了101%的效率提升和21%的效率衰减减少。
具体来说，表面等离子体共振指的是金属纳米结构表面的自由电子在入射光的电磁场驱动下产生的集体振荡现象。当入射光的频率与电子振荡的固有频率相匹配时，就会在纳米颗粒表面产生共振，增强了局域的电磁场强度。在OLED中利用LSP的目的是增强电荷载流子的产生和注入效率，从而改善内部量子效率。而光学散射效应可以改变光线在有机发光层中的传播路径，降低光在器件内部的全反射损失，从而提高外部量子效率。
文章中还提到，Au@SiO2纳米颗粒的引入会改变三线态激子的寿命。在OLED中，激子的复合产生发光，其中三线态激子由于具有长寿命和高效率的电致发光特性，在磷光器件中起着核心作用。表面等离子体共振通过增加三线态激子的复合几率，从而有助于提高内部量子效率。
为了进一步阐述这项技术的应用和效果，研究人员使用角度解析光致发光测量手段，证实了由Au@SiO2纳米颗粒引起的光学散射效应可以增强光从OLED中提取的效率。这是通过分析发光角度的分布来得到的，结果表明，相比于没有引入Au@SiO2纳米颗粒的对照组，含有纳米颗粒的OLED展示出了更高的光耦合效率。
通过这项研究，可以看出通过改变空穴注入层的成分和结构可以有效优化OLED设备的性能，这对于未来OLED技术的进一步发展和商业化应用具有重要意义。此外，文章中提到的OCIS代码表明了这篇研究的具体领域，包括发光二极管、光电电子学、颗粒散射、等离子体以及薄膜。这些都为后续的研究者提供了研究方向和参考价值。
