【摘 要】
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量子点发光二极管(quantum dot light-emitting diodes,QLEDs)由于其高效率、广色域以及简便而经济的溶液加工等特性,在大面积电致发光显示和固态照明领域具有广泛的应用前景。经过20多年的研究,通过对量子点(quantum dots,QDs)核壳结构、表面配体和器件结构的研究与改进,QLEDs器件的发光性能得到了快速发展,然而其发光效率、工作寿命等方面仍有进一步提升的
【基金项目】
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科技部973项目(2015CB655000); 国家自然科学基金中大集成项目(U1601651,51521002,62074059); 国家重点研发计划(2016YFB0401400); 广州科技计划项目(20180402003); 广东省重点领域研发计划(201
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量子点发光二极管(quantum dot light-emitting diodes,QLEDs)由于其高效率、广色域以及简便而经济的溶液加工等特性,在大面积电致发光显示和固态照明领域具有广泛的应用前景。经过20多年的研究,通过对量子点(quantum dots,QDs)核壳结构、表面配体和器件结构的研究与改进,QLEDs器件的发光性能得到了快速发展,然而其发光效率、工作寿命等方面仍有进一步提升的空间,而且器件在紫外光照下的稳定性和长期储存稳定性也还需要进一步改善,才有可能实现电致发光显示的产业化应用。QLEDs器件中各功能层的厚度一般只有几十纳米,各层材料以及界面性质对器件的载流子注入传输、激子复合和解离都会产生巨大影响,本文通过对电子注入材料和空穴注入界面修饰进行研究,有效提升了QLEDs器件的发光性能。在电子注入方面,将Mg掺杂ZnO进一步与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)共混,共同作为梯度合金红光量子点倒装器件的电子传输层(electron transport layer,ETL),QLEDs器件的发光性能得到大幅度改善。器件的最大外量子效率(external quantum efficiency,EQE)和在1000 cd/m~2下的T50寿命分别为8.4%和10064小时,分别是基于ZnO器件的3.2倍和6.3倍。研究发现,Mg掺杂ZnO并与PVP共混,一方面可以调整电子传输层的电子迁移率,降低器件的电子注入,来改善电子和空穴的载流子注入平衡;另一方面还可以降低Mg掺杂ZnO的表面缺陷,抑制电子传输层与QDs界面的自发电荷转移,增强QDs电中性,从而来降低了QDs的非辐射复合,实现发光性能改进的QLEDs器件。该研究表明,共混是对电子传输层注入传输能力以及表面性质进行调控的简单而有效的方式,调控电子传输层可以有效改善QLEDs器件性能。在空穴注入方面,通过在空穴传输层4,4’,4’’-tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine(Tc Ta)和空穴注入层Mo Ox界面之间引入超薄中间层4,4’-bis(carbazol-9-yl)biphenyl(CBP),可以有效地改善器件的空穴注入能力,从而提升QLEDs器件性能。使红光QLEDs性能相比无中间层器件的最大EQE提升了28%,功率效率(power efficiency,PE)提升了54%,器件寿命也增加72%,在1000 cd/m~2亮度下,T50寿命可达到15606小时。研究发现,常用的空穴注入材料Mo Ox的费米能级会钉扎在有机空穴传输层Tc Ta深能级的展宽态密度当中,电荷首先要克服这些窄的态密度才能注入到有机传输层中,从而阻碍了空穴的注入。因此,插入具有更深HOMO能级的CBP中间层,可以消除Tc Ta与Mo Ox层之间的能级钉扎,有效提高空穴注入能力,从而提升QLEDs器件的载流子注入平衡,降低器件的驱动电压,大幅度改善红光QLEDs器件性能。该策略运用在绿光和蓝光QLEDs器件中,取得了类似提升器件性能的效果。在器件稳定性方面,针对基于ZnO电子传输层的倒装QLEDs器件进行研究,首次发现紫外光照和ZnO在器件储存过程中的自钝化均会提高器件的效率,但同样也会造成器件储存稳定性的降低。紫外光照可以通过激发ZnO表面吸附的氧以及缺陷态,来改善器件中电子的注入和传输,使器件表现出更好的性能,紫外光照处理5分钟后,器件的最大EQE和最大PE相比未紫外光照器件分别提高了26%和143%。此外,ZnO层会在储存过程中会发生钝化,在改善器件载流子平衡的同时也抑制了对QDs的激子猝灭,从而提升了器件性能,但这会造成器件储存稳定性的降低。因此采用稳定的Sn O2层替代不稳定的ZnO层作为QLEDs器件的电子传输层,有效改善了倒装QLEDs器件的紫外光照不稳定性和储存不稳定性问题。研究发现,由于Sn O2纳米颗粒的带隙宽,其对紫外光照不敏感,而且Sn O2有更好的水氧稳定性,所以基于Sn O2制备的QLEDs器件具有很好的稳定性。
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