基于掺杂空穴注入层的高性能全溶液加工量子点发光二极管
发布时间：2020-12-28 04:56
全溶液加工量子点发光二极管（Quantum Dot Light-Emitting Diodes, QLEDs）在未来显示和照明领域具有极大的潜在应用价值.目前,空穴注入困难导致的空穴和电子注入不平衡仍是阻碍高效全溶液加工QLEDs实现的主要因素.因此,如何降低空穴注入势垒,提高空穴注入效率是制备高效全溶液加工QLEDs需要考虑的首要问题.本文利用氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）掺杂聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）:聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）（体积比为1:2）作为空穴注入层,通过提高空穴注入层的功函数及其在下层薄膜上的浸润性,制备了高效的全溶液加工倒置型QLEDs:ITO/ZnMgO/QDs/PVK/PEDOT:PSS-GO/Al.其最大的发光强度高达51392 cd/m2,最大的电流效率为7.60 cd/A.相比未掺杂的参考器件,均实现了近1.3倍的增长.同时,我们还利用该方法制备了正置结构器件:ITO/PEDOT:PSS-GO/PVK/QDs/ZnMgO/Al,并与未掺杂的正置结构器件进行了比较,发现掺杂空穴注入层PEDOT:PSS-...
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(网络版彩图)(a)CdSe@ZnS量子点的结构图;(b)量子点薄膜的吸收光谱和发射光谱(PL);(c)倒置结构全溶液加工量子点发光二极管器件结构图;(d)能级结构示意图
如图2(a)所示,在相同的偏压下,单空穴器件ITO PEDOT:PSS-GO/PVK/CdSe@ZnS QDs/Au的电流密度明显高于单空穴器件I T O/P E D O T:P S S/P V K/CdSe@ZnS QDs/Au的电流密度.也就是说,在空穴注入层PEDOT:PSS中加入GO可以降低对应器件中的空穴注入势垒,使得更多的空穴注入器件.另外,将GO掺入到水溶液PEDOT:PSS中,可以提高空穴注入层的浸润性,降低其在疏水的有机空穴传输层PVK薄膜上的沉积困难.进而提高空穴注入层的成膜质量,进一步促进空穴的有效注入,从而促进器件中的空穴和电子平衡.我们分别将PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO水溶液滴在PVK薄膜上,测量其对应的接触角.结果显示,PEDOT:PSS-GO液滴在PVK薄膜上形成的接触角为42°,如图2(b)所示.这一接触角要明显小于PEDOT PSS液滴在PVK薄膜上所形成的的接触角(60°),如图2(c)所示.表明GO掺杂增加了空穴注入层溶液的浸润性,将有利于进一步提高空穴注入层的成膜质量这一结论可以通过测量原子力显微镜(AFM)表面形貌加以证明.图3显示了PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO空穴注入层的原子力显微镜表面形貌图像.从图中可以看到,GO的引入使得空穴注入层的成膜更加平整,表面粗超度从1.34 nm减小为1.22 nm.以上结果证明将GO掺入PEDOT:PSS可以促进倒置结构全溶液加工QLEDs中空穴注入层的有效沉积,提高倒置结构全溶液加工QLEDs的性能.图3(网络版彩图)空穴注入层的AFM表面形貌图像.(a)PEDOT:PSS;(b)PEDOT:PSS-GO
图2(网络版彩图)(a)单空穴器件的电流密度-电压特性曲线;(b)PEDOT:PSS溶液和(c)PEDOT:PSS-GO溶液滴在ITO/PVK薄膜上的接触角为了进一步研究GO对空穴注入层PEDOT:PSS的影响,我们对基于PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO空穴注入层的倒置型全溶液加工QLEDs的光电性能进行了研究.如图4(a)所示,在相同偏压下,基于PEDOT:PSS-GO器件的电流密度明显高于对应的未掺杂参考器件的电流密度.图4(b)展示了器件的发光强度随偏压的变化曲线,GO的引入使器件的开启电压(发光强度为1 cd/m2时对应的电压)从4.1 V减小到3.2 V,同时使器件的最大发光强度从2 1 6 3 6 c d/m2增加到51392 cd/m2,实现了近1.3倍的增长.同时,如图4(c)所示,器件的电流效率也发生了明显改变,从3.3 cd/A增加到7.6 cd/A.这些结果均表明GO掺杂降低了器件的空穴注入势垒,使得更多的空穴注入到器件中,并在量子点发光层与电子复合形成激子,进而提高了器件的发光性能.图4(d)展示了分别基于PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO的器件的归一化电致发光光谱图,二者几乎重合,表明这种掺杂方式对器件的电致发光峰位没有影响.器件的发光来自于量子点发光层而不是邻近的电荷传输层,说明激子被很好地限制在发光层当中.其中的插图是PEDOT:PSS-GO掺杂器件在5 V偏压下点亮时的发光实物图,表现出明显的红光.
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用热致延迟荧光材料提高InP/ZnS无镉量子点发光二极管的性能[J]. 林旺,陈历相,唐宇,戈伟杰,周林箭,雷衍连. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
本文编号：2943162
【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020年06期 北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
(网络版彩图)(a)CdSe@ZnS量子点的结构图;(b)量子点薄膜的吸收光谱和发射光谱(PL);(c)倒置结构全溶液加工量子点发光二极管器件结构图;(d)能级结构示意图
如图2(a)所示,在相同的偏压下,单空穴器件ITO PEDOT:PSS-GO/PVK/CdSe@ZnS QDs/Au的电流密度明显高于单空穴器件I T O/P E D O T:P S S/P V K/CdSe@ZnS QDs/Au的电流密度.也就是说,在空穴注入层PEDOT:PSS中加入GO可以降低对应器件中的空穴注入势垒,使得更多的空穴注入器件.另外,将GO掺入到水溶液PEDOT:PSS中,可以提高空穴注入层的浸润性,降低其在疏水的有机空穴传输层PVK薄膜上的沉积困难.进而提高空穴注入层的成膜质量,进一步促进空穴的有效注入,从而促进器件中的空穴和电子平衡.我们分别将PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO水溶液滴在PVK薄膜上,测量其对应的接触角.结果显示,PEDOT:PSS-GO液滴在PVK薄膜上形成的接触角为42°,如图2(b)所示.这一接触角要明显小于PEDOT PSS液滴在PVK薄膜上所形成的的接触角(60°),如图2(c)所示.表明GO掺杂增加了空穴注入层溶液的浸润性,将有利于进一步提高空穴注入层的成膜质量这一结论可以通过测量原子力显微镜(AFM)表面形貌加以证明.图3显示了PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO空穴注入层的原子力显微镜表面形貌图像.从图中可以看到,GO的引入使得空穴注入层的成膜更加平整,表面粗超度从1.34 nm减小为1.22 nm.以上结果证明将GO掺入PEDOT:PSS可以促进倒置结构全溶液加工QLEDs中空穴注入层的有效沉积,提高倒置结构全溶液加工QLEDs的性能.图3(网络版彩图)空穴注入层的AFM表面形貌图像.(a)PEDOT:PSS;(b)PEDOT:PSS-GO
图2(网络版彩图)(a)单空穴器件的电流密度-电压特性曲线;(b)PEDOT:PSS溶液和(c)PEDOT:PSS-GO溶液滴在ITO/PVK薄膜上的接触角为了进一步研究GO对空穴注入层PEDOT:PSS的影响,我们对基于PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO空穴注入层的倒置型全溶液加工QLEDs的光电性能进行了研究.如图4(a)所示,在相同偏压下,基于PEDOT:PSS-GO器件的电流密度明显高于对应的未掺杂参考器件的电流密度.图4(b)展示了器件的发光强度随偏压的变化曲线,GO的引入使器件的开启电压(发光强度为1 cd/m2时对应的电压)从4.1 V减小到3.2 V,同时使器件的最大发光强度从2 1 6 3 6 c d/m2增加到51392 cd/m2,实现了近1.3倍的增长.同时,如图4(c)所示,器件的电流效率也发生了明显改变,从3.3 cd/A增加到7.6 cd/A.这些结果均表明GO掺杂降低了器件的空穴注入势垒,使得更多的空穴注入到器件中,并在量子点发光层与电子复合形成激子,进而提高了器件的发光性能.图4(d)展示了分别基于PEDOT:PSS和PEDOT:PSS-GO的器件的归一化电致发光光谱图,二者几乎重合,表明这种掺杂方式对器件的电致发光峰位没有影响.器件的发光来自于量子点发光层而不是邻近的电荷传输层,说明激子被很好地限制在发光层当中.其中的插图是PEDOT:PSS-GO掺杂器件在5 V偏压下点亮时的发光实物图,表现出明显的红光.
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用热致延迟荧光材料提高InP/ZnS无镉量子点发光二极管的性能[J]. 林旺,陈历相,唐宇,戈伟杰,周林箭,雷衍连. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
本文编号：2943162
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