基于喷墨打印技术的量子点发光材料与器件的研究

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胶体量子点(QD)具有发光光谱窄、波长可调谐、可溶液加工和发光效率高等特性,吸引了科研和产业工作者广泛的关注。对于量子点材料而言,喷墨打印是一种很有前途的沉积技术,它可以实现大面积制备和无掩模图案,非常适合于基于量子点材料的发光器件的制备。然而,在实现喷墨打印器件的高效率和稳定性方面仍存在许多挑战。我们针对喷墨打印的钙钛矿光致发光材料的不稳定,量子点发光二极管(QLED)性能不理想等量子点材料应用的现有短板,本文进行了以下四部分的研究:(1)在本工作中,通过喷墨打印的方法制备了具有图案的准二维钙钛矿聚合物复合材料。通过引入阳离子PEA+,复合材料的量子产率达到65%以上。此外,喷墨打印的钙钛矿-聚合物复合材料表现出优异的耐磨性、防潮性、光照性和各种溶剂的化学侵蚀性。这些成就归功于引入的阳离子PEA+有助于提高钙钛矿的亮度和稳定性。(2)通过重新设计了空穴传输层的退火工艺,以实现喷墨打印QLED表面的优化和缺陷数量减少。优化的形态使基于Cd Se量子点的喷墨打印红色QLED的最大亮度超过30000 cd/m~2,且EQE为7.52%。此外,所述喷墨打印装置的运行寿命也因所述表面形貌的恢复而提高。优化后的喷墨打印QLED器件寿命与对照器件相比在1000 cd/m~2下的T50从26小时提高到127小时,转化为在100cd/m~2下的T50为8013小时。(3)开发了由辛烷、环己基乙醇和乙酸正丁酯组成的三元墨水体系,它解决了打印的量子点墨水对下面的空穴传输层的侵蚀。另外,利用梯度真空压力对三元油墨体系进行后处理,获得了均匀的量子点层。基于这两种技术,制备了具有,效率高、寿命长和高分辨率的喷墨打印QLED。红绿蓝光器件的外量子效率分别为19.3%、18.0%和4.4%。其中红绿光器件在1000 cd/m~2下的T50可达25178小时,20655小时;蓝光器件在100cd/m~2下的T50为46小时。本研究在墨水工程和后处理方面的改进,使器件的效率和稳定性提高到一个更高的水平,证实了印刷QLED在显示行业的应用前景。(4)本工作调控绿光量子点最外层的Zn S壳层厚度,当最外层Zn S为7层原子层时,QD表现出最优的PQLY和荧光寿命,证明合适的Zn S壳有助于提高激子辐射效率,抑制相关的非辐射复合。利用壳厚不同的量子点,喷墨打印制备了绿光QLED。结果表明,基于最优量子点制备的QLED也同样显示出优异的电学性能,EQE超过20%,在1000 cd/m~2初始亮度下,器件T50寿命超过27000小时。通过单载流子器件和电容-电压测试结果分析得知,QLED性能的提高是由于合适的外壳厚度改善了载体注入的平衡,从而抑制了喷墨打印器件的无辐射过程。
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