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Organische Leuchtdioden

Ladungsträgerinjektion

Sowohl an der Kathode als auch an der Anode werden Ladungsträger in den organischen Halbleiter injiziert. Aus dem Fermi-Niveau der Kathode (EF,K) werden Elektronen in das LUMO (lowest unoccupied molecular orbital), vom Fermi-Niveau der Anode (EF,A) Ladungslöcher auf das HOMO (highest occupied molecular orbital) des organischen Halbleiters übertragen. Den letzteren Vorgang kann man auch als die Abgabe von Elektronen aus dem HOMO des organischen Halbleiters an die Anode beschreiben.

Bei den Anoden- und Kathodenprozessen muss eine Energiebarriere χ (Schottky-Barriere) überwunden werden. Die Höhe dieser Barriere entspricht in etwa der Energiedifferenz zwischen dem jeweiligen Fermi-Niveau der Elektrode und der Energie des HOMO beziehungsweise des LUMO des organischen Halbleitermaterials.

Abb.1
Energetische Verhältnisse innerhalb einer Einschicht-OLED ohne (links) und mit (rechts) angelegter Spannung

E = Energie EF,K/A = Fermi-Niveau der Kathode/Anode χE/L = Schottky-Barriere für Elektronen/Löcher Φ = Austrittsarbeit Ea = ElektronenaffinitätIe = Ionisierungspotential

Beim Anlegen einer Spannung werden die Energieniveaus durch das elektrische Feld verzerrt. An der Grenzfläche Elektrode/organischer Halbleiter kommt es ab der so genannten turn-on- oder onset-Spannung zu einem Ladungsträgertransport über die Energiebarriere hinweg.

Im Regelfall ist die Energiebarriere für die Injektion der Löcher in OLEDs geringer als die für Elektronen. Somit handelt es sich bei der Lochinjektion um einen im Gegensatz zur Elektroneninjektion schnellen Prozess. Dies wiederum zieht eine erhöhte "Loch-Dichte" beziehungsweise einen Unterschuss an Elektronen im organischen Material nach sich.

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