量子點(diǎn)發(fā)光二極管的制備與穩(wěn)定性研究.pdf

1、基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)的發(fā)光二極管(QD-LEDs)器件具有色彩飽和、純度高、單色性佳、顏色可調(diào)以及可以用比較簡(jiǎn)單的溶液制備方法獲得并可大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn),解決了有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)中有機(jī)發(fā)光材料的半峰寬較寬,顏色不可調(diào)、發(fā)光不穩(wěn)定和操作工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。并且隨著核殼結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)的出現(xiàn),核量子點(diǎn)的光氧化和光致褪色等缺陷得以改進(jìn),光致發(fā)光量子產(chǎn)率和光學(xué)穩(wěn)定性更高,同時(shí)使與光致發(fā)光量子產(chǎn)率相關(guān)的QD-LEDs器件的外量子產(chǎn)率得到很大的提高。目前

2、QD-LEDs器件上萬(wàn)的發(fā)光亮度和18％的外量子效率,足以滿(mǎn)足固體照明和顯示器的要求,成為當(dāng)前最受矚目的發(fā)光器件之一,并展現(xiàn)了美好的應(yīng)用前景。但是QD-LEDs仍存在發(fā)光機(jī)制不明確,空氣氣氛下穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),這也在一定程度上阻礙了它們的商業(yè)化應(yīng)用。
　　本論文就上述問(wèn)題為基本出發(fā)點(diǎn)展開(kāi)研究。我們選擇使用非密閉環(huán)境旋涂成膜來(lái)簡(jiǎn)化QD-LEDs的制備工藝,降低生產(chǎn)成本,并對(duì)器件發(fā)光亮度和效率以及穩(wěn)定性等進(jìn)行了探究。
　　針對(duì)空穴

3、傳輸層的選擇,我們選擇能夠使用溶液旋涂成膜的有機(jī)聚合物聚(N,N'-雙(4-丁基苯基)-N,N'-雙(苯基)聯(lián)苯胺)(Poly-TPD)和聚((9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共(4,4'-(N-(4-仲-丁基苯基)二苯胺))(TFB)進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)相應(yīng)器件的光電測(cè)試,發(fā)現(xiàn)具有稍高HOMO(-5.4eV)值的Poly-TPD比TFB(-5.3eV)更能提高器件的性能。這表明通過(guò)降低空穴傳輸層與熒光量子點(diǎn)之間的勢(shì)壘能夠提高空穴的注入

4、效率。另外,由于我們的器件的主要部分是在空氣氣氛下旋涂成膜,可能TFB比Poly-TPD對(duì)空氣更敏感,影響了量子點(diǎn)膜層中有效激子的形成。
　　在材料的選擇上,我們選取ZnO作為電子傳輸材料并研究了溶膠-凝膠(sol-gel)法制備ZnO納米晶的最佳條件。通過(guò)對(duì)不同配比和不同溫度條件下得到的ZnO納米晶的對(duì)比分析及測(cè)試,我們發(fā)現(xiàn),在符合化學(xué)計(jì)量比的原料配比以及20-8oC的溫度下所生成的粒徑不均勻的ZnO納米晶,額外的陳化處理過(guò)程對(duì)

5、器件的性能提高有明顯作用。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的計(jì)算分析,我們認(rèn)為這種不均勻的ZnO納米晶中的小晶粒在溶液沉積時(shí)能夠更好的填補(bǔ)發(fā)光層中量子點(diǎn)的間隙,從而提高電荷的傳輸效率;而陳化處理后產(chǎn)生的部分聚合態(tài)的ZnO納米晶能夠更好的與陰極的鋁顆粒匹配,因而更有利于電子向量子點(diǎn)發(fā)光層的傳輸。在此基礎(chǔ)上,對(duì)應(yīng)于紅、綠、藍(lán)三種顏色的QD-LEDs器件我們得到的最大亮度和發(fā)光效率分別為17550cd/m2和3.55 cd/A,11830cd/m2和1.63 cd

6、/A,90cd/m2和0.17cd/A。
　　以ZnO納米晶作為電子傳輸層大大提高了器件的性能,但量子點(diǎn)與空穴傳輸層之間巨大的勢(shì)壘仍限制著器件性能的進(jìn)一步改善?；诖?我們對(duì)量子點(diǎn)的表面配體進(jìn)行了簡(jiǎn)單的交換研究,使用鏈長(zhǎng)較短的硫醇取代長(zhǎng)鏈表面配體。雖然經(jīng)短鏈配體交換后量子點(diǎn)的QD-LEDs器件在亮度上未見(jiàn)明顯改善,但是相應(yīng)的啟亮電壓卻隨著量子點(diǎn)的配體鏈長(zhǎng)的縮短而減小,這表明通過(guò)縮短量子點(diǎn)的配體的鏈長(zhǎng)在一定程度上可以促進(jìn)電荷的傳輸。

7、
　　在器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和量子點(diǎn)表面修飾的基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步對(duì)QD-LEDs電致發(fā)光的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。通過(guò)利用硫酸的水溶液對(duì)PEDOT:PSS膜進(jìn)行處理,發(fā)現(xiàn)酸處理后的PEDOT:PSS膜使器件的開(kāi)啟電壓降低了約0.9V,24小時(shí)后器件的電流密度基本沒(méi)有改變,而發(fā)光亮度僅下降了28%;相應(yīng)的,無(wú)酸處理的電流密度和亮度則衰減了73%和98%。另外,酸處理過(guò)程使QD-LEDs在空氣中儲(chǔ)存時(shí)的壽命從不到一天延長(zhǎng)到一周以上。這主要是由于對(duì)P