基于硫化铅量子点的近红外发光二极管研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hz_shenff
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近红外发光二极管已得到广泛应用,为了面向未来大面积、柔性、多光谱调谐和低成本的近红外光源的应用需求,需要探索新型近红外发光材料及器件。量子点是一类新兴的半导体纳米晶材料,基于量子限域效应,可以通过调控粒径大小来控制发光波长,而且由于其溶液法合成,成本低廉。硫化铅量子点由于其近红外发光、量子产率高、粒径分布均匀且在空气中稳定的优势,成为理想的新型近红外发光二极管材料之一。本文主要研究内容为基于硫化铅量子点的近红外发光二极管。对硫化铅量子点的表面工程进行研究,探索了配体交换工艺中的成膜质量及其对器件性能的影响。在配体交换工艺的基础上对载流子平衡进行研究,改善载流子注入平衡,提升辐射复合几率,器件性能得到显著提升。取得了如下的成果:在表面工程方面,使用短链有机配体3-巯基丙酸(3个亚甲基)和8-巯基辛酸(8个亚甲基)对硫化铅量子点进行表面改性。针对长链变短链导致的薄膜龟裂问题,我们优化了清洗方式,使得3-巯基丙酸配体薄膜质量得到大幅改善;而8-巯基辛酸配体长度较长,改善后薄膜龟裂消失。制备了近红外发光二极管器件,器件结构为ITO/PEDOT:PSS/QDs/ZnO/Al,获得外量子效率峰值为0.2%,辐射亮度峰值为3 W Sr-1 m-2的近红外发光二极管。在载流子平衡方面,通过改善空穴的传输与注入增强载流子注入平衡,且阻挡过剩电子的传输增加辐射复合的几率。由于PEDOT:PSS的空穴迁移率为2.64×10-4 cm2 V-1 S-1,远低于ZnO的电子迁移率10-3 cm2 V-1 S-1,且没有电子阻挡层,因此我们选择了空穴迁移率更高的CBP(10-3 cm2 V-1 S-1)作为空穴传输层来改善器件的空穴注入;由于CBP的LUMO能级为2.8 eV,可作为电子阻挡层有效阻挡电子的传输。另外由于CBP的HOMO能级(6 eV)与Al的功函数(4.3 eV)相差太大,我们选择了MoO3作为缓冲层和能级调节层,使得MoO3/Al的能级达到5.8 eV。使得器件外量子效率峰值提升至0.3%,辐射亮度峰值提升至5.2 W Sr-1 m-2。进一步改善了空穴的注入,在Al电极和MoO3之间再加一修饰层HAT-CN。由于它和MoO3的LUMO能级都非常深,能够显著聚集相邻空穴传输层(CBP)的电子,从而增加了CBP层的空穴浓度,提供了更大的空穴电流,进一步改善了载流子注入平衡。使得器件外量子效率峰值提升至0.8%,辐射亮度峰值提升至5.5 W Sr-1 m-2。本文研究了硫化铅量子点的表面工程,探索了量子点薄膜质量的优化,改善了载流子注入平衡,有效提升了量子点近红外发光二极管的外量子效率和辐射亮度。
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