CdSe@ZnS量子点发光二极管的结构设计及其光电性能研究

发布时间：2019-10-17 02:03

【摘要】：量子点发光材料具有发射峰窄、发光效率高、光谱可调、荧光寿命长、溶液稳定性好等特性,非常适合用作虚拟实境(Virtual Reality简称VR)、车载显示器、智能手机、平板电脑等显示设备的发光材料。将量子点应用于平板显示技术即量子点发光二极管(QLED)。QLED具有高亮度、较好稳定性、高色彩饱和度、广色域等优势,在新一代显示技术中具有强有力的竞争优势。第一代有机发光二极管是一种小分子有机器件,采用三明治夹层结构构成有机双层结构。但是高效率的OLED需要一个多层结构来平衡载流子的传输,便于激子复合发光。20世纪90年代后期,有机发光二极管的结构变得更加复杂,由载流子注入层、载流子传输层、激子复合层以及发光层构成多层结构的器件。多层器件可以通过真空热蒸镀的方法沉积得到,但这种方法也存在许多缺点,如材料利用率低、扩展性差、成本高和图案化困难等。溶液旋涂法可以减少制造成本,经过不断的探索和研究,使用溶液旋涂法进行QLED发光器件的组装,这种方法大大简化了加工工艺,降低了生产成本,便于制作大面积的发光器件,这种方法越来越得到人们的广泛关注。根据载流子传输层的不同,可以将量子点发光二极管分为无机载流子传输层QLED和有机载流子传输层QLED,虽然无机载流子传输层有一定的空气稳定性,但是空穴和电子不均衡,电子注入速率过大,而空穴注入速率小,这种载流子传输速率的不平衡,造成了量子点充电以及荧光淬灭。因此,选择合适的载流子传输层至关重要。针对QLED存在的问题,本文开展了如下的研究工作:(1)采用溶液法制备出CH_3NH_3PbBr_3量子点,以N-N二甲基甲酰胺(DMF)做良溶剂,以CH_3NH_3Pb Br和Pb Br2做前驱体,将混合溶液注入到不良溶剂甲苯中,通过控制不良溶剂甲苯的温度调控钙钛矿量子点CH_3NH_3Pb Br3纳米晶的尺寸,并通过不同的表面活性剂和反应时间的长短来控制钙钛矿纳米晶的形貌。所合成的CH_3NH_3Pb Br3量子点的量子产率高达89.6%。量子点粒径分布均匀,并且具有较高的荧光强度。(2)采用微流体法成功制备了核-壳结构的CdSe@Zn S量子点。分别采用Cd O、TOP和Se作为前驱体,以十八烯(ODE)为溶剂,通过改变合成的工艺参数在可见光范围内对发光光谱进行调控,得到高荧光寿命、高量子产率和具有环境稳定性的Cd Se@Zn S量子点溶液。(3)以微流体法合成的CdSe@ZnS胶体量子点做发光层材料,采用旋涂法成功组装ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/Cd Se@Zn S/PCBM/Li F:Al量子点发光二极管,并对整个器件做I-E性能测试。结果表明器件具有良好的发光性能。(4)采用水热法制备了P型NiO薄膜作为空穴传输层,以微流体法合成的Cd Se@Zn S胶体量子点作为发光层材料,并完成了ITO/PEDOT:PSS/NiO/Cd Se@Zn S/PCBM/Li F:Al整个器件的制备,并对器件做I-E性能测试,器件明显表现了出二极管的特性。
【图文】：

量子点,胶体,数码照片,配体

图 1-1（A）单个量子点由一个半导体核和表面的配体组成的原理图（B）胶体量子点分散在载体溶剂中的数码照片[11]Fig1-1. (A) Schematic of an individual QD consisting of an inorganic semiconductor coresurrounded by a layer of surface ligands. (B) The surface ligands stabilize the “QD ink,” asseen by a photograph of a colloidal dispersion of QDs in a carrier solvent.[11]PbS 量子点、PbSe 量子点、CdS 量子点和 CdSe 量子点等在发光二极管和太阳能电池中有广泛的应用。PbS 量子点和 PbSe 量子点的禁带宽度较窄，分别为0.41ev 和 0.27ev[15,16]，其吸收光谱能够覆盖整个近红外光谱。CdS 和 CdSe 量子点具有较大的禁带宽度，带隙值分别为 2.42ev 和 1.74ev，可以用在染料敏化太阳能电池和发光显示器中，在可见光范围内具有很强的吸收[17,18]。对于多数胶体量子点发光器件来说，合成高度单分散的胶体量子点是至关重要的。胶体量子点的尺寸可以通过调节合成温度、前驱体溶液的浓度以及合成速率来实现[19,20]。典型的胶体量子点的合成包括前驱体分解形成单体，单体快速成核和缓慢的晶粒生长的过程[21,22]。合成反应是在特定的温度下进行的，在室温下将前驱体溶液快速注入到热的反应液中，纳米晶能够实现快速成核并长大。这种合成方法叫做热注入法[23]。前驱体溶液的快速注入导致溶液的过饱和度瞬间

核-壳结构,量子点,种类,带隙

根据量子点的主要合成材料可以将其分为三类：第一类是元素半导体量子点，主要包括 IV 族量子点材料 Si 量子点和 Ge 量子点；第二类是化合物半导体量子点，主要有 III-V 族量子点材料，如 InAs、InGaAs、InGaN、GaN 量子点等，，II-VI族量子点材料，如 ZnTe、CdS、ZnO、CdSe 量子点等；第三类是异质结量子点，是指由两种或两种以上的半导体材料组成的，如 CdS/HgS/CdS、CdSe/ZnS 量子点等。根据量子点结构不同可以分为单一结构量子点和核壳结构量子点，单一结构量子点是由由一种半导体材料组成，如 CdS、ZnO、InGaAs、InGaN 等量子点；对于核-壳结构的量子点，可以根据半导体量子点价带、导带和价带与导带之间的本征带隙位置不同，将其分为四类核-壳结构量子点。如果核的带隙比壳的带隙大的多称为 I-型量子点，或者相反壳的带隙比核的带隙大的多称为反 I-型量子点，若核的导带或价带位于壳结构的带隙之间则称为 II-型量子点，或者相反壳的导带或者价带位于核结构的带隙之间则称为反 II-型量子点[31]（如图 1-3）。I-型量子点是窄禁带型的量子点，II 型量子点是宽禁带型的量子点[31]。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN312.8

【相似文献】