【摘要】：無(wú)機(jī)半導(dǎo)體熒光量子點(diǎn)(QDs)具有量子產(chǎn)率高、單色性佳、發(fā)射光譜隨尺寸連續(xù)可調(diào)、光化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性強(qiáng),以及可采用溶液法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的突出優(yōu)點(diǎn)。因此,基于量子點(diǎn)的電致發(fā)光器件(QD-LEDs)已經(jīng)成為下一代平板顯示和固態(tài)照明應(yīng)用領(lǐng)域最具潛力的產(chǎn)品。QD-LEDs自誕生以來(lái),隨著QDs合成技術(shù)與質(zhì)量的不斷提高,QD-LEDs器件結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)以及人們對(duì)器件發(fā)光機(jī)理的深入探索,QD-LEDs的外量子效率(EQE)已經(jīng)從最初的0.01%提高到23.68%,其性能基本上可以與現(xiàn)今優(yōu)質(zhì)的有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)相媲美。然而,由于有機(jī)空穴傳輸材料的不穩(wěn)定性,這些性能優(yōu)異的QD-LEDs仍需在手套箱中構(gòu)筑完成,而且環(huán)境氣氛對(duì)器件性能的影響尚未被系統(tǒng)研究,這就限制了QD-LEDs在實(shí)際生活中的規(guī)�；瘧�(yīng)用。另外,藍(lán)紫色QD-LEDs因?yàn)镼Ds的量子產(chǎn)率低、與有機(jī)空穴傳輸材料之間的界面勢(shì)壘較高,以及電子-空穴注入不平衡等,所以此類(lèi)器件性能偏低,仍不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。為了構(gòu)筑穩(wěn)定高效的藍(lán)紫色QD-LEDs,本論文主要開(kāi)展了以下三方面的工作:(1)研究有機(jī)空穴傳輸層或有機(jī)界面在不同環(huán)境氣氛下的改變對(duì)藍(lán)色QD-LEDs性能的影響。考慮到有機(jī)空穴傳輸層對(duì)氧氣和水蒸氣的敏感性以及無(wú)機(jī)QDs(ZnCdSe/ZnS)和ZnO在空氣中的相對(duì)穩(wěn)定性,我們重點(diǎn)研究了環(huán)境氣氛對(duì)有機(jī)空穴傳輸層聚[9,9-二辛基芴-共-N-[4-(3-甲基丙基)]-二苯基胺](TFB)以及TFB/QDs界面的影響,進(jìn)而探討器件的性能改變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)單獨(dú)的TFB層在空氣環(huán)境中成膜并退火處理時(shí),與對(duì)比器件(氮?dú)猸h(huán)境下構(gòu)筑的器件)相比,該器件的注入電流減小,最大EQE(7.8%)和最大電流效率(5.7 cd/A)下降了14%。但是器件的最大亮度(10500 cd/m2)仍與對(duì)比器件的(10900 cd/m2)基本相當(dāng)。隨著空氣濕度的增加(從30%增加到70%),器件的最大EQE從8.6%下降到5.7%。當(dāng)各功能層全部轉(zhuǎn)移至空氣中構(gòu)筑時(shí),器件的最大EQE下降了12%,開(kāi)啟電壓升高了0.3 V。而且在空氣條件下,器件的載流子注入在低電壓區(qū)較為平衡,因而器件在較低的電壓范圍內(nèi)能夠保持著較高的效率。通過(guò)對(duì)功能層的表面電勢(shì)、表面形貌和元素組成的分析,我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致空氣條件下器件性能降低的原因在于功能層吸附氧氣后能級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,薄膜的表面粗糙度增加等,使得器件中電子-空穴注入的不平衡性增加。這一結(jié)果為QD-LEDs在空氣中的規(guī)模化生產(chǎn)提供了一定的理論參考。(2)基于非閃爍ZnCdSe/ZnS//ZnS QDs,通過(guò)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的界面層調(diào)控構(gòu)筑高性能藍(lán)色QD-LEDs。首先采用低溫成核、高溫生長(zhǎng)殼層的方法合成了熒光峰位為472 nm的非閃爍ZnCdSe/Zn S//ZnS QDs(其處于“亮態(tài)”的時(shí)間大于99%)。該QDs不僅在450~495 nm范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的光譜可調(diào)性,而且量子產(chǎn)率高(92%)、光化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。以ZnCd Se/ZnS//ZnS QDs為發(fā)光層,通過(guò)在QDs/ZnO界面之間插入一層很薄的有機(jī)絕緣層PMMA,構(gòu)筑了有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化結(jié)構(gòu)的QD-LEDs。PMMA作為界面修飾層的作用是延緩電子的注入,從而平衡載流子的注入和傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,插入PMMA后,器件的最大亮度為14100 cd/m2,電流效率和EQE在亮度為1000 cd/m2時(shí)達(dá)到最大值,分別為11.8 cd/A和16.2%。與沒(méi)有插入PMMA的器件相比,EQE提高了65.3%,這是目前報(bào)道的藍(lán)色QD-LEDs器件效率的最大值。更為重要的是器件效率衰減得非常緩慢,在較大的亮度范圍內(nèi)(100-3000 cd/m2),EQE仍能夠保持在12%以上。在此基礎(chǔ)上,以熒光峰位為454和495 nm的QDs作為發(fā)光層構(gòu)筑的QD-LEDs的最大EQE分別達(dá)到13.2%和15.8%。這一結(jié)果推動(dòng)了藍(lán)色QD-LEDs在固態(tài)照明和下一代平板顯示中的應(yīng)用。(3)以ZnSe/ZnS QDs(量子產(chǎn)率80%)為發(fā)光層,通過(guò)調(diào)控有機(jī)傳輸層的界面勢(shì)壘構(gòu)筑高性能無(wú)Cd體系的紫色QD-LEDs。分別選擇聚(N,N′-雙(4-丁基苯基)-N,N′-雙(苯基)聯(lián)苯胺)(Poly-TPD)、TFB、聚-N-乙烯咔唑(PVK)以及TFB-PVK的混合物作為QD-LEDs的空穴傳輸層,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以TFB為空穴傳輸層時(shí)器件能夠獲得較高的亮度,但是效率偏低;而以PVK為空穴傳輸層時(shí)器件能夠獲得較高的效率,但是開(kāi)啟電壓很高。綜上考慮,將TFB和PVK混合(質(zhì)量比為1:9)后作為空穴傳輸層構(gòu)筑所得器件的峰值亮度為2856 cd/m2,峰值EQE達(dá)7.39%,與當(dāng)前報(bào)道的紫色無(wú)Cd體系的QD-LEDs相比,器件的亮度和效率分別提高了113倍和10倍。為了對(duì)比,以TFB/PVK連續(xù)成膜作為器件的空穴傳輸層,研究發(fā)現(xiàn)器件的性能并不能得到很明顯的改善,這說(shuō)明TFB和PVK只有作為混合膜層才能使得兩者的優(yōu)勢(shì)同時(shí)得到發(fā)揮,即TFB具有較高的空穴遷移率,PVK具有較低的最高分子占據(jù)軌道(HOMO)能級(jí)。
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【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

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1 林婉真;硫醇配位CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)的制備與光學(xué)性質(zhì)研究[D];浙江大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：2276364