基于CdSe@ZnS量子点全溶液法构筑绿光反型QLED器件

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量子点(Quantum Dots, QDs)因其具有吸收范围宽、发射范围窄、色彩对比度饱和度高等优势,已经在光电转化、照明显示以及生物医药等诸多科研领域中有着越来越广泛的应用。作为显示与照明应用领域的新兴技术,以 QDs为核心的量子点发光二极管(Quantum Dots Light-Emitting Diode, QLED)受到了日益广泛的关注和研究,并且取得了飞速发展。在显示应用领域中,反型QLED具有更好的出光优势,而且器件结构中的透明基底能够与n型金属氧化物层或薄膜晶体管基非晶硅更好地匹配,因此具有更好的显示应用发展前景。经过多年的研究,反型QLED的各项性能都取得了巨大的进步。目前,反型QLED的空穴传输层(HTL)和空穴注入层(HIL)大都采用真空热蒸发法来沉积构筑,这不仅在制备过程存在诸多的限制因素,而且材料成本较高,制备工艺较为繁琐。众所周知,溶液法在标准型QLED器件的制备中较多应用,但却很少应用在反型QLED的制备中。溶液法加工过程操作简便,材料易得且制备成本相对低,也能够在大面积的基底上沉积构筑。  本研究主要内容包括:⑴在全溶液法制备器件的过程中,首先要解决的是PEDOT:PSS在PVK层表面的附着沉积。PVK层表面为高疏水性,而在其上构筑沉积的PEDOT:PSS则为水溶性材料,在PVK层表面接触角很大,难以旋涂成膜,致使器件无法点亮且性能很低。针对此问题,本论文采用亲水性较好的异丙醇与PEDOT:PSS按照不同比例混合对其进行处理,以增强其在高疏水性的PVK层表面的润湿附着力,并使得PEDOT:PSS的成膜质量以及器件的性能都得到了显著的改善和提升,最终得到了最高亮度为6918cd/m2、最高电流效率为6.3cd/A、最高外量子效率为1.52%的反型结构QLED器件。⑵由于PVK溶液所用溶剂(如间二甲苯)一般也可以溶解QDs,所以在QDs层上旋涂PVK溶液后,其溶剂将会对下一层的QDs层产生不同程度的破坏作用。因此PVK采用正交性相对 QDs较高的溶剂时,可以减弱此破坏作用。本论文通过采用氯苯、间二甲苯和甲苯分别作为PVK溶剂旋涂于QDs层后进行荧光衰减分析对比,发现氯苯作为 PVK溶剂在进行旋涂沉积后对 QDs层的破坏程度最弱。最终得到以氯苯作为 PVK溶剂时,获得了最高亮度为24730cd/m2、最高电流效率为21.51cd/A、最高功率效率为12.28lm/W、最高外量子效率为5.88%的器件。⑶在器件的进一步优化过程中,我们发现对QDs层进行一定温度的热处理后,器件的电流效率有了显著的提升,优化器件的最高电流效率达到24.29cd/A,最高EQE计算值为5.75%,相比于QDs层未热处理的器件其效率提升了104.6%。对此我们分析是热处理过程可能使得QDs层的形貌或其颗粒表面配体发生改变。通过对不同热处理温度下的QDs层进行AFM形貌表征发现热处理过程并未使QDs层整体形貌发生明显改变。QDs层热处理后,可能会引起部分配体的脱附而提升了载流子注入QDs层激发区域的注入效率,因此器件的电流效率得到了很大的提升。⑷在此基础上针对器件的电流密度较大、电流效率偏低的问题,在器件的ZnO层与QDs层间介入了高LUMO能级的PVK薄层作为电子阻挡层以阻挡电子、平衡载流子注入,以期达到降低器件电流密度同时提升器件电流效率的目的。结果显示,在介入电子阻挡层后器件最高电流效率达到了20.7cd/A,相比标准器件提升了43.7%,亮度也达到了26070cd/m2,相比提升了28.2%,达到了实验预期效果。
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