反型量子点发光二极管界面调控与量子点发光晶体管研究

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胶体半导体纳米晶,也就是所谓的胶体量子点(Colloidal quantum dots,QD),因其具有发光光谱窄、发光光谱可调、荧光量子产率高以及良好的光热化学稳定性等优良特点被研究人员所重视。此外,QD还具备可溶液加工且工业成本低等特点,在显示、照明领域展现出了良好的潜力,但是制备高效稳定的量子点半导体发光器件是实现其产业化的必要条件。对于量子点发光二极管器件(Quantum dot light emitting diode,QLED)由于其特定三明治器件结构,因传输层的载流子迁移率不同所导致的载流子注入不平衡,以及不同以及材料界面间所引起的激子淬灭等问题,限制了器件外量子效率(External quantum efficiency,EQE)的进一步提升,所以QLED的界面调控和载流子传输调控是当下QLED的研究热点。另一方面,将QLED运用于显示领域,不仅需要独立发光的LED器件,同时也需要控制器件开关的场效应晶体管,这不仅大幅增加制备成本,同时也缩小了LED芯片的集成度,因此设计制备既具备开关功能又具备发光功能的量子点发光晶体管(Quantum dot light emitting transistor QLET)也是一个重要的,不可忽视的课题。本论文旨在提高QLED器件性能以及实现同时具备晶体管特性以及发光特性新型QLET器件。在QLED中,拟进行不同的界面修饰保证载流子平衡并抑制激子在界面的淬灭,或利用能量传递的方式来充分利用过剩载流子。在QLET的方面,则通过设计一系列器件结构来获得可工作的器件。在QLED方面,首先,针对ZnO电子传输层对QD层发光淬灭的影响,在ZnO层上沉积不同的界面材料,并对叠层膜结构进行光物理性质的表征测试,发现在ZnO层上插入修饰层(Mg O、PEIE、PCBM)后,使在ZnO上的量子点薄膜的光致发光量子产率(Photoluminescence quantum yield,PLQY)从22%提升至最高的43%。此外,通过对单载流子器件的研究,发现Mg O也同时具备了改善载流子注入平衡的效果,确证了这是器件的EQE从7.8%提高到12%的原因。其次,将热激发延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence,TADF)材料作为界面修饰层运用于器件结构中,发现TADF材料作为能量传递的媒介,可以通过荧光共振能量转移的方式将激子能量传递回量子点层,因此器件的EQE在原有的基础上提高了11%。在QLET方面,先以传统的有机发光晶体管(OLET)为参考,设计出对称垂直结构的QLET器件,实现了器件的开关功能,但因DPP-DTT对QD的荧光淬灭,没有实现发光。在插入MoOx做为修饰层来消除DPP-DTT对QD的荧光淬灭,实现发光功能之后,器件却失去了晶体管的开关功能。最后通过将器件结构优化为错位电极的结构,并对MoOx层进行隔断处理,终于成功制备出同时具备开关和光发射功能的QLET器件。
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