【摘 要】
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基于半导体量子点的发光二极管（QLED）因具有色域范围更广、色纯度和稳定性更高、能耗更低等优势,逐渐成为照明显示领域研究的一大热点。经过近三十年的发展,QLED的整体性能（如亮度、外量子效率、工作寿命）得到极大提高,目前红、绿、蓝三基色QLED的最大EQE和亮度分别达到30.9%和3300000 cd/m~2,23.9%和1680000cd/m~2,20.2%和88900 cd/m~2,并且红色和
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基于半导体量子点的发光二极管（QLED）因具有色域范围更广、色纯度和稳定性更高、能耗更低等优势,逐渐成为照明显示领域研究的一大热点。经过近三十年的发展,QLED的整体性能（如亮度、外量子效率、工作寿命）得到极大提高,目前红、绿、蓝三基色QLED的最大EQE和亮度分别达到30.9%和3300000 cd/m~2,23.9%和1680000cd/m~2,20.2%和88900 cd/m~2,并且红色和绿色QLED在初始亮度100 cd/m~2时的器件寿命突破百万小时,蓝色QLED的寿命也达到了15850 h。然而蓝色QLED的亮度、效率以及稳定性仍远落后于红色和绿色QLED,这一问题严重阻碍了QLED的商业化进程。在广泛采用Zn O作为电子传输层的蓝色QLED中,空穴传输层与发光层的界面注入势垒远高于电子传输层与发光层的界面势垒,且有机空穴传输材料的空穴迁移率低于Zn O的电子迁移率,从而导致器件中电子注入过多,载流子注入不平衡,进而增加了发光层俄歇复合几率,同时,量子点与Zn O界面处发生的界面电荷转移以及Zn O的缺陷捕获载流子均会造成发光层激子猝灭,阻碍器件性能的提升。因此,如何通过电子传输层的能带结构、电子迁移率和缺陷态浓度的精确调控改善器件中电荷注入平衡、抑制QD/ETL界面激子猝灭,成为提高蓝色QLED性能的关键问题。在获得高质量蓝色量子点的基础上,本论文通过控制Mg元素的掺杂比例、反应温度及表面修饰等实现ZnMgO能带结构、电子迁移率和缺陷态浓度的调控,从而提高蓝色QLED的器件性能。主要内容包括以下两方面:（1）ZnMgO电子传输层的元素组分和反应温度与蓝色ZnCdSe/ZnSeS-QLED的性能关系研究。为了研究Mg掺杂及反应温度对ZnMgO电子传输层的能级结构、电子迁移率和缺陷态浓度的影响,本论文在前期合成Zn O的基础上,系统优化了Mg元素的掺杂比例和反应温度。基于上述获得的一系列元素组分不同和反应温度不同的ZnMgO作为电子传输层构筑器件,结果表明,当Mg的摩尔比例为12.5%、反应温度为40°C时,QLED的性能最佳,与基于Zn O电子传输层的QLED相比,其最大亮度和EQE分别提高了～70%和～97%,达到70490 cd/m~2和14.59%。器件性能的提高主要在于Mg的掺杂使得Zn O电子传输层的导带能级提高了0.23 e V,同时Mg的掺杂和反应温度小幅提升的协同作用使得ZnMgO的电子迁移率和缺陷态浓度有一定程度的下降,从而减少了器件中过多的电子注入,提高了电荷注入平衡。而且,与Glass/QD/Zn O结构中的量子点薄膜相比,Glass/QD/ZnMgO中的量子点薄膜的平均激子寿命(τav)从3.58 ns提高至5.65 ns,表明ZnMgO导带能级的提高和缺陷态浓度的降低一定程度上抑制了因电荷自发转移以及缺陷捕获载流子引起的发光层激子猝灭,进而改善了器件性能。（2）ZnMgO电子传输层的表面修饰对蓝色ZnCdSe/ZnSeS-QLED性能的影响。为了进一步研究ZnMgO的表面修饰在改善蓝色QLED中电荷注入平衡、抑制发光层激子猝灭方面的作用,本论文在传统ZnMgO合成基础上,采用硫脲修饰以及包覆壳层两种方法对其进行表面改性。结果表明,与未改性的ZnMgO相比,硫脲修饰及壳层包覆的ZnMgO,其导带能级分别提高了0.31 e V和0.16 e V,电子迁移率和缺陷态浓度均大幅下降。相应地,相比传统ZnMgO构筑的器件,基于硫脲修饰的ZnMgO蓝色QLED的最大EQE和电流效率分别提高了～20%和～22%,达到17.55%和18.48 cd/A;基于壳层包覆的ZnMgO蓝色QLED的最大EQE、电流效率和亮度分别提高了～25%、～26%和13%,达到18.2%、19.07 cd/A和79480 cd/m~2。同时,器件稳定性也得到很大提升,在3000cd/m~2的初始亮度下,相比传统ZnMgO构筑的器件,基于硫脲修饰和壳层包覆的ZnMgO蓝色QLED的工作寿命(T50)分别提高了～26%和～55%。并且基于壳层包覆的ZnMgO蓝色QLED在100 cd/m~2的初始亮度下,T50达到了2200 h。器件性能的提升源于硫脲修饰和壳层包覆使得ZnMgO的导带能级升高、电子迁移率降低,从而提高了器件中的电荷注入平衡,降低了界面电荷积累引起的发光层俄歇复合几率,而且,ZnMgO导带能级的提升和缺陷态浓度的降低进一步抑制了因电荷自发转移以及缺陷捕获载流子引起的发光层激子猝灭。
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