量子點發(fā)光二極管的制備與穩(wěn)定性研究.pdf

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

2、QD-LEDs器件上萬的發(fā)光亮度和18％的外量子效率,足以滿足固體照明和顯示器的要求,成為當前最受矚目的發(fā)光器件之一,并展現(xiàn)了美好的應用前景。但是QD-LEDs仍存在發(fā)光機制不明確,空氣氣氛下穩(wěn)定性差等缺點,這也在一定程度上阻礙了它們的商業(yè)化應用。
　　本論文就上述問題為基本出發(fā)點展開研究。我們選擇使用非密閉環(huán)境旋涂成膜來簡化QD-LEDs的制備工藝,降低生產成本,并對器件發(fā)光亮度和效率以及穩(wěn)定性等進行了探究。
　　針對空穴

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)進行對比研究。通過相應器件的光電測試,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。這表明通過降低空穴傳輸層與熒光量子點之間的勢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對空氣更敏感,影響了量子點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。通過對不同配比和不同溫度條件下得到的ZnO納米晶的對比分析及測試,我們發(fā)現(xiàn),在符合化學計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,額外的陳化處理過程對

5、器件的性能提高有明顯作用。經過進一步的計算分析,我們認為這種不均勻的ZnO納米晶中的小晶粒在溶液沉積時能夠更好的填補發(fā)光層中量子點的間隙,從而提高電荷的傳輸效率;而陳化處理后產生的部分聚合態(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發(fā)光層的傳輸。在此基礎上,對應于紅、綠、藍三種顏色的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,但量子點與空穴傳輸層之間巨大的勢壘仍限制著器件性能的進一步改善?；诖?我們對量子點的表面配體進行了簡單的交換研究,使用鏈長較短的硫醇取代長鏈表面配體。雖然經短鏈配體交換后量子點的QD-LEDs器件在亮度上未見明顯改善,但是相應的啟亮電壓卻隨著量子點的配體鏈長的縮短而減小,這表明通過縮短量子點的配體的鏈長在一定程度上可以促進電荷的傳輸。

7、
　　在器件結構設計和量子點表面修飾的基礎上,我們進一步對QD-LEDs電致發(fā)光的穩(wěn)定性進行了研究。通過利用硫酸的水溶液對PEDOT:PSS膜進行處理,發(fā)現(xiàn)酸處理后的PEDOT:PSS膜使器件的開啟電壓降低了約0.9V,24小時后器件的電流密度基本沒有改變,而發(fā)光亮度僅下降了28%;相應的,無酸處理的電流密度和亮度則衰減了73%和98%。另外,酸處理過程使QD-LEDs在空氣中儲存時的壽命從不到一天延長到一周以上。這主要是由于對P