基于氧化石墨烯优化的量子点发光二极管

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量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diodes,QLED)以无机半导体材料量子点(Quantum dots,QDs)作为发光层,使得它具有高稳定性、高分辨率、低能耗等独特的优势。近年来,QLED在新一代显示器和照明领域中引起了广泛的关注,然而QLED在实际应用上还面临着巨大的挑战,最主要的原因在于QLED器件内部结构中载流子数目不平衡,由于电子的注入能力强于空穴,使得电子和空穴数目不匹配,过量电子堆积将产生激子猝灭,影响器件性能。因此,促进电荷平衡是提高器件性能的关键,通过优化器件结构来实现高性能的QLED器件,具有很重要的现实意义和价值。本论文通过使用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)来调控电子和空穴之间的注入平衡,以此提高QLED的器件性能。论文从促进空穴注入和阻挡过量电子传输两个角度出发,对器件结构进行优化,大致可以分为三个方向:将紫外照射处理后(Ultraviolet treatment,UVO)的GO作为器件的空穴注入层(Hole injection layer,HIL);GO/PEDOT:PSS作为器件的双空穴注入层;GO作为器件的电子阻挡层(Electron block layer,EBL)。前两个方向的结构优化主要用来促进空穴的注入,第三个方向则是起到阻挡过量电子传输的作用,本论文的主要研究内容及创新点如下:(1)GO经过紫外照射处理后作为QLED器件的空穴注入层,使器件性能有所提升。GO(UVO)代替PEDOT:PSS作为器件的HIL,可以避免酸性PEDOT:PSS对阳极氧化铟锡(Indium tin oxide,ITO)的腐蚀,另外,GO(UVO)的表面功函数提高,可以在阳极ITO和空穴传输层(Hole transport layer,HTL)之间形成良好的能级结构,促进空穴注入,并且表面薄膜也具有了较好的平整度,可以降低串联电阻。通过调整紫外照射时间,使用该结构制备的QLED器件与传统器件相比,亮度提升了91.9%,达到22471 cd/m~2,电流效率提升了126%,达到1.13 cd/A。(2)利用GO/PEDOT:PSS作为QLED器件的双空穴注入层,促进了空穴注入,改善了器件性能。GO的最高占据分子轨道(Highest occupied molecular orbital,HOMO)能级正好位于阳极ITO与PEDOT:PSS之间,引入GO层后,三者之间形成的阶梯式能级降低了界面势垒。此外,GO层的存在减缓了酸性PEDOT:PSS向阳极ITO的浸入,使器件性能更加稳定。利用该结构制备的QLED器件,空穴注入能力有了明显提升,并且通过调整GO的浓度,器件的启亮电压下降了0.2 V,亮度达到27613 cd/m~2,提升了1.36倍,电流效率达到1.5 cd/A,提升了2倍。(3)利用GO作为QLED器件的电子阻挡层,增加了电子注入过程中的能级势垒,减少了电子的注入数目,获得了高性能的QLED器件。GO作为一种宽带隙材料,它的最低未占据分子轨道(Lowest unoccupied molecular orbital,LUMO)能级位置较高,可以起到阻挡电子的效果,并且旋涂GO后可以改善QDs层的表面粗糙度。相关实验结果表明:GO作为EBL能够降低器件的电流密度,阻挡过量电子传输,进而促进电荷平衡,改善器件性能。利用该结构制备的QLED器件与传统器件相比,亮度和电流效率分别提高了96.7%和146%,达到29329 cd/m~2和1.55 cd/A。
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