高质量深红色CdZnSe基核壳结构量子点的合成及其发光器件研究

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量子点(QDs)具有荧光量子产率(PL QY)高、光化学稳定性强、单色性佳、荧光发射峰位随尺寸连读可调,可溶液加工等特性引起了研究人员的广泛关注,量子点被广泛应用于发光二极管领域。深红色(640-680 nm)量子点发光器件(QLED)能够有效提高色彩饱和度,提升照明和显示的性能。目前,深红色QLED的最大外量子点效率已经能够达到20%,但是俄歇复合速率较大,导致器件外量子效率(EQE)在高电流密度范围下发生明显的滚降,无法实现高亮度下高外量子效率。因此,本论文从量子点材料出发,通过合成CdZnSe基核壳结构量子点并对壳层材料、组分及厚度的选择和调控,制备高质量的深红色核壳结构量子点,提高量子点发光层与其它器件功能层之间的能级匹配度,从而平衡载流子的注入,减少俄歇复合的产生,提高器件性能。具体的主要工作如下:(1)CdZnSe基深红色核壳结构量子点的合成首先通过优化Cd:Zn比例和反应时间等影响因素,得到了荧光峰位为650 nm,荧光量子产率为55%,尺寸为12 nm的CdZnSe梯度合金量子点核。然后在CdZnSe核量子点分别生长ZnSe、ZnS和ZnSeS壳层,通过对CdZnSe/ZnSe、CdZnSe/ZnSeS和CdZnSe/ZnS三种量子点最佳壳层厚度的探究,得到了三种晶型均为纤锌矿的深红色CdZnSe基核壳结构量子点,分别为642 nm的CdZnSe/4ML ZnSe量子点,645 nm的CdZnSe/4ML ZnSeS量子点和647 nm的CdZnSe/4ML ZnS量子点,三者的PL QY均大于80%,尺寸均在15 nm左右,其中CdZnSe/4ML ZnSeS核壳结构量子点的荧光量子产率可达到92%。经过多次纯化及紫外光光照测试,CdZnSe/4ML ZnSeS核壳结构量子点的荧光量子产率仍保持80%以上,具有良好的稳定性。(2)量子点壳层材料、组分及厚度对深红色QLED器件性能的影响基于上述合成的高质量深红色CdZnSe基核壳结构量子,利用全溶液法,ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/Zn O/Al的结构构筑QLED。实验结果表明,CdZnSe/4ML ZnSe-QLED和CdZnSe/4ML ZnS-QLED最大EQE分别为16.8%和15.1%,CdZnSe/4ML ZnSeS-QLED器件展现出最优的器件性能,最高EQE达到20.8%,最大电流效率为15.7 cd/A,最大亮度为174,353 cd/m~2,在亮度100,000 cd/m~2以上时,效率还保持20%左右,有效抑制了器件的效率滚降。实现了较高效率,低效率滚降的目标。
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