空气氛围制备无机量子点及其在发光二极管中的应用

发布时间：2020-06-18 03:56

【摘要】：量子点发光二极管(QLEDs)具有色纯度高、主动式自发光、可溶液加工、制备工艺简单等特性,符合下一代广色域、超高清和柔性显示的要求,在过去几十年间引起了科研人员的广泛研究。QLEDs的器件性能在近几年也得到了巨大提升,例如QLED器件的外量子效率(EQE)已经突破21%、器件的最大亮度已超过460000 cd/m2、器件电流效率达到100 cd/A等。但是,还有很多关于QLEDs的基础问题没有解决,例如在无机量子点的合成和器件组装方面还有很多优化措施、QLEDs的长期稳定性问题等。本论文主要围绕在空气氛围下制备无机量子点和组装QLED器件展开,旨在简化制备流程、降低器件成本,具体内容如下:1.我们提出了一种在空气氛围下制备出薄壳层的CdSe/ZnxCd1-xS核壳结构量子点的方法,我们使用链长较短的叔十二硫醇作为配体、低沸点的二甲苯作为反应溶剂,在较低温度(90℃-115℃)下制备出了光致荧光量子产率(PLQY)最高可达82%的高质量薄壳层核壳结构量子点。通过这种低温空气氛围的方法,可以在CdSe核量子点外生长ZnS壳层、CdS壳层、合金ZnxCd1-xS等不同壳层。我们用所合成的量子点在空气氛围下组装器件,获得了最高电流效率为12.5 cd/A的QLED红光器件。2.发展了一种在室温空气氛围下宏量合成高质量的CsPbX3(X=Cl,Br,I)无机钙钛矿量子点的方法。通过这种方法,我们可以使用不同链长的有机酸作为配体,在低沸点有机溶剂甲苯中制备出PLQY可达80%的CsPbBr3量子点,这种在室温空气氛围的制备方法可以很容易的放大到宏观大量制备。通过阴离子取代的方式,用氯离子和碘离子取代CsPbBr3量子点中的溴离子可实现量子点的荧光发射波长在440 nm-682 nm范围内连续可调。3.使用四正辛基溴化铵作为相转换催化剂成功地将溴化铅溶解于甲苯中,提出了一种使用单一非极性溶剂甲苯在室温空气氛围下制备高质量CsPbBr3和CH3NH3PbBr3钙钛矿量子点的方法,这种方法能够避免使用对钙钛矿量子点有降解作用的极性溶剂,显著地提高了量子点的制备产率,所合成钙钛矿量子点的PLQY可以高达80%-90%,我们还成功的将所合成的CsPbBr3量子点应用于QLED器件中。4.通过对QLED器件结构的研究,我们简化了传统QLEDs的器件结构,用一层超薄的氢氧化镁绝缘层取代了传统器件中的空穴传输层,发展了一种在空气氛围下组装无空穴传输层的QLEDs的方法。这一层薄的绝缘层不仅能缓解ITO电极对量子点的荧光淬灭,更重要的是它还可以作为空穴阻挡层来平衡载流子注入,减少器件的漏电流。最终,我们在空气氛围下组装了全无机材料无空穴传输层的QLED器件并且获得了最低开启电压为1.6 V,最高亮度为2930 cd/m2,最佳电流效率为1.08 cd/A。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN312.8;O413
【图文】：

显示器件,器件,电致发光光谱,液晶显示器件

逡逑图１．１ａ给出了邋ＱＬＥＤ显示器件的结构原理图。与传统的液晶显示（图１．１ｂ）相逡逑比优势特别明显，ＱＬＥＤ显示器件结构简单、能耗相对较低、显色响应时间快、逡逑高的色彩对比度和广的显色视角等，图１．１ｃ给出了红、绿、蓝三种不同颜色的逡逑ＱＬＥＤ器件的电致发光光谱图。另外，由于无机量子点可以通过溶液加工处理，逡逑ＱＬＥＤ显示可以很容易的做到大面积显示、超高清显示和柔性显示等，在未来照逡逑明和显示领域具有非常大的应用潜力，近几年来引起了科研者们的极大研宄兴趣。逡逑如图ｌ．ｌｄ所示，ＱＬＥＤ显示的色纯度远远高于ＬＣＤ、ＯＬＥＤ、Ｑ－ＬＣＤ等［１Ｇ］。目逡逑前ＱＬＥＤ器件的最高外量子效率己经超过２１％、器件亮度超过４６００００邋ｃｄ／ｍ２、器逡逑件电流效率超过１００邋ｃｄ／Ａ以及器件的工作寿命接近１０００００小时，并且其具有能逡逑耗低、可溶液加工、成本低廉和可制备柔性器件等特点

原理图,光致发光,原理图,量子点

，逡逑一般表现为球形或者类球形，其球形直径一般在２邋ｎｍ－４０ｎｍ范围内。量子点本逡逑质上仍然属于半导体，其导电性能介于导体与绝缘体之间，半导体都具有能带，逡逑即导带、价带、费米能级、带隙等，其费米能级处于倒带与价带之间，量子点与逡逑普通半导体一样，同样具有Ｐ型和Ｎ型之分。逡逑量子点是纳米量级的半导体，当给量子点施加一个电场或者激发光，量子点逡逑会发出特定颜色的光。正常状态时半导体中的电子都是会趋向于呆在能量比较低逡逑的价带位置，如果受到光子的脉冲激发，呆在能量比较低的价带的电子就会吸收逡逑光子的能量，越过带隙，到达能量相对比较高的导带，当脉冲过去以后，电子会逡逑从能量高的导带回到能量低的价带，当电子从导带跃迁回价带的时候就会发出特逡逑定频率的光，发出光的频率取决于半导体颗粒的带隙大小，因此通过调节量子点逡逑半导体的带隙就能调节量子点所发出光的颜色。当然组成纳米晶的材料不同也会逡逑影响着所发出光的颜色，如图１．２所示。无机量子点表面一般都具有配体包覆，逡逑配体的作用是在合成过程中限制粒子长大和钝化表面缺陷，提高量子点的抗氧化逡逑能力和化学稳定性，常见的量子点的有机配体包括：油酸、油胺、烷基硫醇、三逡逑辛基磷、三辛基氧磷等。逡逑

【相似文献】