【摘要】：膠體氧化物納米晶具有出色的溶液加工性、獨(dú)特的光電性能可調(diào)性和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,有極大潛力作為載流子傳輸材料應(yīng)用于高性能的溶液工藝光電器件。溶液工藝光電器件的結(jié)構(gòu)多樣,同時(shí)所涉及的活性層材料豐富,因此為特定器件“量身定制”載流子傳輸層需要調(diào)控氧化物納米晶的能帶結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)。本論文從膠體氧化物納米晶的光電性能調(diào)控出發(fā),分別以電子傳輸層材料——-n型ZnO基納米晶和空穴傳輸層材料———p型NiO基納米晶作為對(duì)象,通過對(duì)反應(yīng)體系的深入研究與合成路線的創(chuàng)新設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了有機(jī)相制備摻雜／合金化氧化物納米晶,并在此基礎(chǔ)上通過發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)原型器件證明可控?fù)诫s／合金化提升了NiO基納米晶空穴傳輸層的性能。理解膠體氧化物納米晶的合成化學(xué)是對(duì)其進(jìn)行性能調(diào)控和應(yīng)用開發(fā)的前提,也是本論文主要研究的問題。對(duì)于ZnO基材料,我們發(fā)現(xiàn)醇解反應(yīng)路徑中金屬前驅(qū)體反應(yīng)活性的調(diào)控對(duì)于雜離子的引入和避免雜質(zhì)分相具有決定性作用,從而結(jié)合“能帶工程”概念,成功地制備出CdxZn1-xO合金納米晶。通過制備多種尺寸的CdxZn1-xO和MgxZn1-xO以及純ZnO納米晶并測(cè)量其光學(xué)禁帶寬度,總結(jié)出量子限域效應(yīng)和合金化共同作用的ZnO基合金納米晶禁帶寬度的變化規(guī)律,實(shí)現(xiàn)了ZnO基納米晶的禁帶寬度在3.3～3.9 eV范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)控。對(duì)于NiO基材料,我們基于兩種不同的雜原子引入方法,成功地將Co2+和Cu2+分別引入NiO的晶格中,分別將得到合金元素成分從0到100%連續(xù)變化的CoXNi1-sO氧化物合金納米晶和單一組分的CuxNi1-xO納米晶；從金屬前驅(qū)體反應(yīng)活性出發(fā),引入“表面摻雜”的概念,解決在前驅(qū)體反應(yīng)活性差異極大的情況下的摻雜／合金化難題。隨后,我們以CuxNi1-xO納米晶為例研究空穴傳輸材料光電特性的調(diào)控對(duì)于提升溶液工藝LED器件性能的作用。首先證明了Cu2+的引入可以有效地提升NiO納米晶薄膜的電導(dǎo)率；而后選擇量子點(diǎn)發(fā)光二極管(quantum-dot light emitting diode,QLED)為原型器件,分別利用NiO和CuxNi1-x0納米晶作為其空穴傳輸層。我們發(fā)現(xiàn)CuxNi1-xO納米晶的器件相比于NiO納米晶的器件性能有顯著提升：開啟電壓降低,功率效率提高。這一結(jié)果預(yù)示CuxNi1-xO納米晶空穴傳輸層有可能在高性能QLED中扮演重要角色。本論文的研究成果將有助于發(fā)展摻雜／合金化的膠體氧化物納米晶的合成化學(xué),并推動(dòng)氧化物納米晶應(yīng)用于溶液工藝光電器件的載流子傳輸層。
[Abstract]:Colloidal oxide nanocrystals have excellent solution processability, unique optoelectronic properties, tunable and excellent chemical stability, and have great potential to be used as carrier transport materials in high performance solution process optoelectronic devices. The structure of photovoltaic devices in solution process is diverse, and the active layer materials involved are rich. Therefore, it is necessary to regulate the energy band structure and optoelectronic properties of oxide nanocrystals by customizing the carrier transport layer for specific devices. In order to control the optoelectronic properties of colloidal oxide nanocrystals, the electron-transport layer materials (n type ZnO based nanocrystals) and hole transport layer materials (p type NiO based nanocrystals) are taken as objects in this thesis. Through the deep study of the reaction system and the innovative design of the synthesis route, the doped / alloyed oxide nanocrystals were prepared by organic phase. On this basis, the controllable doping / alloying has been proved to improve the performance of NiO based nanocrystalline hole transport layer by (light emitting diode, LED) prototype device. Understanding the synthetic chemistry of colloidal oxide nanocrystals is the premise of its performance regulation and application development. For ZnO based materials, we find that the regulation of the reaction activity of metal precursors in the alcoholysis reaction path plays a decisive role in the introduction of hetero-ions and the avoidance of impurity separation, thus combining the concept of "energy band engineering". Nanocrystalline CdxZn1-xO alloy was successfully prepared. By preparing various sizes of CdxZn1-xO and MgxZn1-xO and pure ZnO nanocrystals and measuring their optical band gap, the variation of band gap of ZnO based alloy with quantum limiting effect and alloying is summarized. The band gap of ZnO based nanocrystals is controlled continuously in the range of 3. 3 ~ 3. 9 eV. For NiO based materials, we successfully introduce Co2 and Cu2 into the lattice of NiO based on two different methods of introducing heteroatoms. The nanocrystalline of CoXNi1-sO oxide alloy and the CuxNi1-xO nanocrystalline of a single component were obtained, respectively. The concept of "surface doping" was introduced from the reaction activity of metal precursor. To solve the doping / alloying problem when the precursor reaction activity is very different. Then, we take the CuxNi1-xO nanocrystals as an example to study the effect of the control of the photoelectric properties of the hole-transport materials on the enhancement of the properties of the LED devices in the solution process. It is proved that the introduction of Cu2 can effectively enhance the conductivity of NiO nanocrystalline films, and then the quantum dot light-emitting diode (quantum-dot light emitting diode,QLED) is selected as the prototype device, and NiO and CuxNi1-x0 nanocrystals are used as the hole transport layer respectively. We find that the performance of CuxNi1-xO nanocrystalline devices is significantly improved compared with that of NiO nanocrystalline devices: lower switching voltage and higher power efficiency. This result indicates that CuxNi1-xO nanocrystalline hole transport layer may play an important role in high performance QLED. The research results in this paper will be helpful to develop the synthetic chemistry of doped / alloyed colloidal oxide nanocrystals and to promote the application of oxide nanocrystals in the carrier transport layer of photovoltaic devices in solution process.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8;TB383.1

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本文編號(hào)：2280510