CdZnSe绿色核壳量子点壳层材料、组分和厚度对发光二极管性能影响的研究

发布时间：2021-01-03 06:39

　　量子点（QDs）因具有荧光量子产率高、单色性佳、发射光谱随尺寸连续可调、光化学稳定性和热稳定性强,且可采用溶液法制备等优点,现已成为下一代平板显示和固态照明应用中最具潜力的发光材料。量子点发光二极管（QLED）自1994年出现至今,器件性能（亮度、外量子效率和使用寿命）已满足低亮度显示（室内显示）的要求。然而,QLED在高亮度下的短寿命仍限制着它在户外显示和照明中的应用。截至目前,只有红色QLED可以在高亮度下保持长寿命,绿色和蓝色QLED尚无相关报道。这主要是因为与红色QLED相比,在有机-无机杂化器件结构中（即有机材料作为空穴传输层,无机氧化物（特别是Zn O）作为电子传输层）,蓝、绿色量子点发光层和空穴传输层之间较大的能级势垒降低了空穴的注入效率,使得过剩的电子在发光层和空穴传输层的界面处积累,进而导致高电流下的效率滚降和器件的性能衰减。因此,空穴能级失配成为阻碍绿色和蓝色QLED性能进一步改善的关键问题。针对这一问题,首先,寻找一种能级匹配且具有高空穴迁移率的空穴传输材料是显而易见的,但是这类材料的设计合成是一项重大挑战;其次,调控电子传输层以减少电子的注入,这一方法虽然能够改... 

【文章来源】：河南大学河南省

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【学位级别】：硕士

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半导体材料能级结构随尺寸的变化情况[13]

CdZnSe绿色核壳量子点壳层材料、组分和厚度对发光二极管性能影响的研究21.1.1半导体量子点的基本性质相对于体相半导体材料，半导体量子点因其独特的准零维纳米材料结构[14]，衍生出许多奇异的物理化学性质。量子尺寸效应：即随着量子点尺寸的逐渐减小，量子点的吸收光谱出现蓝移现象[15]，且尺寸越小，其光谱的蓝移程度越大。因此，通过调节量子点的形状、结构和尺寸可以来调控量子点的带隙宽度，进而获得具有不同峰位的量子点发光材料。如图1-2所示，通过改变量子点的化学组分和尺寸，实现了光谱在整个可见光区内的连续可调[16-19]。图1-2不同组成和尺寸的量子点可谐调发射[16]斯托克斯效应：量子点材料具有较大的斯托克斯位移（即荧光发射光谱相对于激发光谱红移），这样可以很好地避免荧光发射光谱和激发光谱的重叠，从而使量子点能够很好地应用于生物标记领域。光化学稳定性强：量子点的荧光强度和稳定性分别是常用有机荧光材料（罗丹明6G）20倍、100倍以上，酸碱度、温度、溶剂等因素对量子点的光化学稳定性影响很校这种良好的光化学稳定性[20,21]对生物研究等领域的应用十分有利[22]。宽的激发光谱和窄的发射光谱：使用同一激发光可以对不同粒径的量子点进行激发，来实现多色标记检测，并且量子点具有窄且对称（半峰宽仅为20-30nm）[23]、无拖尾的荧光发射峰，可以保证在多色检测中不发生光谱重叠的现象。荧光寿命长：与传统的有机荧光材料（荧光寿命一般为几纳秒）相比，量子点的荧

第一章绪论3光寿命可以高达数十纳秒。此外，由于量子点表面包覆了一层有机配体，使它可以很好地溶解在有机溶剂中，具有很好的溶液可加工性[24]。总而言之，量子点独特、优异的性质使其在显示照明[25,26]、光伏电池、生物标记等方向有着极为广泛的应用前景。1.1.2半导体量子点的合成半导体量子点的合成方法主要分为水相合成法和有机相合成法。水相合成法具有操作简单、成本低、对环境友好、生物相容性高且易大规模制备等优点，常被应用于生物检测领域。图1-3是Weller等人首次采用水相法合成CdTe量子点的过程[27]，但是，这一方法合成的量子点荧光量子产率低且反应时间长、受反应条件影响较大。因此，水相法合成的量子点一般不应用于量子点发光二极管（QLED）中。图1-3CdTe量子点水相合成法[27]有机相合成法是目前合成高质量量子点的一种方法，它指在高温有机溶剂中进行的合成方法[28-32]，分为热注入法[14,33-35]和一锅法[36]。其中热注入法是最常用的有机相合成法，即在高温条件下快速注入前驱体溶液，使其瞬间反应和成核，随着反应的进行，单体的浓度逐渐下降，当到达一个临界点成核过程结束，然后量子点进入了缓慢生长的过程。热注入法使得量子点合成中成核和生长完美分离，合成的量子点具有尺寸均一、单分散性良好、光学性质优异等特点。然而，热注入法只能用于合成少量量子点，且可用于一次快速热注射的前驱体有限。为此，2005年Cao等人[37]将所有的反应溶液混合在


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