ZnO电子传输层掺杂对正型量子点发光二极管的性能优化

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lindan1982
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近年来,量子点发光二极管(QLED)由于色纯度高、环境稳定性好、溶液可加工性等优点,得到了广泛的关注和深入的研究,有望成为下一代主流的显示技术。在全溶液法正装QLED中,ZnO纳米晶由于能级与量子点材料匹配,制备方法简单,被广泛用作电子传输层材料。ZnO纳米晶的电子迁移率相比于有机空穴传输层的空穴迁移率高1-2个数量级,在器件中容易造成载流子传输不平衡,且ZnO纳米晶丰富的表面缺陷会造成量子点中激子解离产生的荧光淬灭,降低器件的效率。针对ZnO纳米晶作为电子传输层出现的问题,本文具体研究工作如下:对ZnO纳米晶的合成工艺进行优化,合成了掺杂Mg的ZnO(ZnMgO)纳米晶和掺杂Y的ZnO(YZO)纳米晶,通过对材料的性能进行表征与分析发现:随着ZnO纳米晶的合成时间的增加,材料的禁带宽度逐渐减小;随着Mg掺杂含量与Y掺杂含量的增加,材料的禁带宽度逐渐增加。将ZnO纳米晶、ZnMgO纳米晶、YZO纳米晶作为电子传输层制备了镉基QLED器件,验证分析了ZnO纳米晶调控对器件性能的影响。结果表明,随着ZnO纳米晶反应时间的增加,对量子点发光层的淬灭逐渐增加,基于反应时间为2小时的ZnO纳米晶的器件性能最佳,器件最大外量子效率(EQE)为12.47%;Mg掺杂可以有效降低器件的电流密度,改善器件中载流子传输不平衡的问题,瞬态荧光光谱表明,掺杂Mg之后,ZnO纳米晶对量子点的淬灭减小,电子转移受到一定限制,当Mg掺杂含量为5%时,器件效率最高为15.9%,相比于ZnO纳米晶器件提高了33%;研究了掺杂Y含量不同的ZnO纳米晶对器件性能的影响,随着Y掺杂含量的增加,器件的电子电流密度下降,促进了电荷传输平衡,同时Y掺杂可以改善ZnO纳米晶对量子点发光层的淬灭,改善薄膜的成膜特性,当Y掺杂浓度为10%时,器件的性能最优,EQE为17.5%,相比于ZnO纳米晶器件提高了47%。由于镉基QLED材料的环境不友好性,基于掺杂ZnO纳米晶作为电子传输层制备了无镉QLED器件。发现当使用掺杂Al的ZnO纳米晶作为电子传输层时,无镉QLED器件性能最佳,EQE为8.6%;此外,探究了可溶性TADF材料DMAC-DPS在无镉QLED中的应用,发现TADF材料结合在QLED器件中可以通过能量转移的方式将能量传递给量子点,从而提高激子的利用率,提高器件的发光效率,最终将基于ZnMgO纳米晶的无镉QLED器件的效率由7.5%提升至8.3%。
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