量子点发光二极管电荷传输层性能优化研究

发布时间：2019-06-11 10:56

【摘要】：随着近十几年的发展,量子点发光二极管已经具有较高的外量子效率,出色可见光色彩饱和度,可调节的窄带近红外发射等优点,使其在高分辨率显示技术方面具有很大的应用潜力。常用的量子点发光二极管结构中,有机材料PEDOT:PSS、Poly-TPD、TPBI通常分别作为空穴注入层、空穴传输层使用与电子传输层。有机材料能够有效提高器件的外量子效率与亮度,然而有机材料作为传输层易受空气环境影响,造成其相关器件存在易老化,寿命短等缺点。更重要的是从长远来看,有机材料生产成本较高,工艺复杂,具有毒性是不能被忽视的。因此,开发出能够替代现有有机小分子的无机新材料变得越来越重要。Kelvin探针作为一种非接触式、无损、高效灵敏的振动电容式设备,能够有效测定导体,半导体的功函。在表面科学,亚表面科学等领域具有相当广泛的应用。在我们的研究工作中,我们用Kelvin探针来研究纳米材料相对于参比电极的功函差;与此同时,我们构建了不同结构的量子点发光二极管来研究单层或多层材料的相对功函与电荷传输特性,以优化器件材料与结构。基于以上,我们的目标如下。众所周知,功函的提高有助于增强器件阳极的空穴注入效率,能够有效提升器件性能。因此,第一部分中我们对ITO的表面进行不同方式处理,利用Kelvin探针研究如何提高ITO的表面功函,比如在大气或真空环境下,对ITO进行不同温度的退火,或者将ITO置于紫外臭氧环境下,采用不同的紫外光照时间对其进行处理,或者对其进行酸碱处理等。我们发现,利用紫外灯处理的ITO效果要比对ITO进行退火或者酸碱处理好很多。ITO在大气环境下退火,其功函提高了~0.2eV,而在真空环境下退火功函变化很小;只经过紫外臭氧处理,其功函提高了~0.4eV,经过酸碱处理,其功函只提高了~0.1eV。同时,我们利用Kelvin探针研究了半导体氧化锌纳米颗粒与经过掺杂镁的Zn_(1-x)Mg_xO纳米颗粒薄膜表面光电压特性,发现经过掺杂后的Zn_(1-x)Mg_xO的光电响应特性出现较为明显的变化。第二部分,我们主要研究了掺杂镁的氧化锌合金Zn_(1-x)Mg_xO与P型半导体氧化镍(NiO)在QLED上的应用。纳米氧化锌已被广泛用来做电子传输层,其优异的电子传输性能,使量子点发光二极管的性能得到很大的提高。在我们的工作中,主要是在低温下利用溶胶-凝胶法合成了Mg掺杂的Zn_(1-x)Mg_xO(Zn/Mg=20,10,3),通过X射线衍射仪(XRD),透射电镜(TEM),Kelvin探针,紫外-可见分光光度计等的表征,我们发现,Mg的含量并没有改变纳米ZnO的晶型,随着Mg的增加,Zn_(1-x)Mg_xO吸收峰表现出较为明显的蓝移。我们把Zn_(1-x)Mg_xO应用到QLED中作为电子传输层并与未掺杂Mg的ZnO进行对比,器件的外量子效率与发光效率都有着较为明显的提高,特别是外量子效率的提高较为明显。当Zn/Mg=20时,提高了将近2倍左右。为了解决器件中阳极ITO容易被酸性氛围的PEDOT:PSS腐蚀问题,我们合成了P型半导体NiO来替换PEDOT:PSS。我们之所以选择NiO作为替换材料,首先因为它的价带顶能够与大多数有机聚合物的HOMO能级非常接近和匹配,NiO独特的电子结构使其成为最有潜力替换PEDOT:PSS的材料之一。我们通过构筑量子点发光器件,并把NiO作为空穴注入层应用到器件中,我们证实了NiO完全有可能作为有机物的替换材料。我们得到了其最大外量子效率达到1.46%,器件最高亮度达到了22000cd/m2,发光效率达到了2.27cd/A。除此之外,对比PEDOT:PSS作为空穴注入层,器件的稳定性和寿命都有了很大的提高。
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【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8

【参考文献】