基于量子点电致发光倒装器件的研究

发布时间：2020-06-28 10:31

【摘要】：量子点(QDs)是尺寸通常在2-20nm范围内,具有量子尺寸效应的半导体纳米晶。QDs具有发光光谱窄、荧光量子产率高及溶液加工等特点,被广泛应用于光电领域。量子点发光二极管(QLEDs)展现出的高效率、高色纯度和高稳定性,使其成为新一代明星显示技术。相比于正装器件结构的QLEDs,倒装器件结构的QLEDs更适合未来大尺寸显示,因为倒装QLEDs可以完美兼容N-型金属氧化物驱动技术,该类驱动技术保证电子迁移率同时可实现大面积均匀制备,是最具潜力的大尺寸显示驱动技术。目前倒装QLEDs多采用真空蒸镀技术沉积空穴传输层和空穴注入层,全溶液加工的倒装QLEDs鲜有报道。相比于真空蒸镀技术,溶液加工具有节省成本、可大面积印刷等优势,因此全溶液加工倒装QLEDs是QLEDs发展的一个重要方向。基于镉基量子点(Cd-QDs)的全溶液加工倒装QLEDs的难点在于消除溶液加工过程中由于溶剂侵蚀引起的降低器件性能的界面互溶现象。研究发现,极性溶剂1,4-dioxane可以很好地溶解空穴传输材料PVK,通过QDs薄膜稳态荧光强度测试和器件截面STEM测试证明溶剂1,4-dioxane不会侵蚀量子点层,从而消除了全溶液加工倒装QLEDs中由于溶剂侵蚀引起的界面互溶现象。以PVK作为空穴传输层(HTL)的Single HTL红光QLEDs将全溶液加工倒装红光QLEDs的最大外量子效率(EQE)记录提升了4倍、Single HTL蓝光QLEDs将全溶液加工倒装蓝光QLEDs的最大电流效率(LE)记录提升了25倍。为了进一步提升器件效率,降低空穴注入势垒、缓解效率滚降,引入了PVK/TFB双层结构作QLEDs的Double HTL。具有阶梯式空穴注入的Double HTL,降低了空穴注入势垒并提高了空穴传输能力,使器件的起亮电压降低、效率滚降减缓。全溶液加工倒装红、绿、蓝QLEDs的起亮电压分别从3.4V、5.1V、5.3V降至2.7V、2.7V、4.1V。在150 mA/cm~2时,红光QLEDs的效率滚降从32.3%降至4.0%,蓝光QLEDs从41.9%降至18.6%,而绿光QLEDs的效率在进一步的增长中。最终,得到了最大LE分别为22.1cd/A、21.4 cd/A与1.99 cd/A,最大EQE分别为12.7%、5.29%与5.99%的Double HTL全溶液加工倒装红、绿、蓝QLEDs。绿色环保的InP QDs近些年被广泛关注,但基于InP QDs的发光二极管研究较少,器件性能仍需进一步提高。采用溶液加工的方式制备倒装器件的空穴传输层,系统地研究了PVK、TFB与Poly-TPD三种不HTL对器件性能的影响,PVK作HTL,器件起亮电压高,效率及亮度低;TFB与Poly-TPD作HTL器件起亮电压下降,效率及亮度提升。选用Poly-TPD作红光InP QLEDs的HTL,选用TFB作绿光InP QLEDs的HTL,红光和绿光InP器件的LE分别达到了2.87 cd/A和5.52 cd/A,EQE分别达到了3.65%和1.76%。进一步地,由于红光与绿光InP QDs的激子寿命长为41.88 ns与36.76 ns,激子寿命越长,激子之间的相互碰撞进而淬灭发光的几率越大。通过在InP QDs中引入宽带隙材料树枝状小分子G0,将InP QDs进行一定程度的空间分离,提升了溶液加工倒装InP QLEDs的最大亮度。拓展性的,利用红光与绿光InP QDs较宽的发光峰,结合蓝光聚合物PFSO制备了显色指数为92.4的有机无机杂化白光发光二极管,在白光照明领域展现出巨大的应用前景。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN383.1;TB383.1
【图文】：

示意图,能级结构,体材料,示意图

图 1-1 半导体的体材料与 QDs 的能级结构示意图[18,22,23]1.2.2 表面效应QDs 是纳米尺度的材料，因此具有大的比表面积，分布在表面的原子数量众多，就会引起显著的表面效应[4,24,25]，并且表面能随着比表面积的增大而增大，QDs 的表面就会存在大量的不饱和悬挂键，破坏晶格的周期性，使 QDs 表面形成众多缺陷态，降低QDs 的荧光量子产率与光化学稳定性，并影响 QDs 的色纯度。钝化 QDs 表面的缺陷态是提升 QDs 发光效率与光化学稳定性的有效途径。抑制 QDs 的表面缺陷态一般有两种途径：一，在 QDs 表面修饰有机配体减少不饱和悬挂键；二，在 QDs 表面包裹无机壳层[3,26]。利用有机配体修饰，减少 QDs 表面的不饱和悬挂键，是一种简单而直接的表面缺陷态修饰方式，然而通常情况在有机配体的修饰不能同时钝化 QDs 表面的电子缺陷态与空穴缺陷态，并且有机配体易受到水、氧侵蚀和光降解，使得 QDs 的稳定性差。在 QDs 表面包裹无机壳层，形成壳核结构，很大程度的提升了 QDs 的量子产率，加强

壳核结构,有机配体,材料构成,结构体

有机配体修饰的壳核结构QDs的结构示意图

【参考文献】