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氧化锌基倒置QLED器件结构的界面调控研究

氧化锌基倒置QLED器件结构的界面调控研究

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作者：陈幸福合肥工业大学

学位级别：硕士

基于溶液法制备的全无机钙钛矿cspbbrqd具有诸多优异的性能:发光光谱可调、发光效率高、高载流子迁移率、荧光量子产率高、合成工艺简单等特征,成为近年来显示行业的研究热点。虽然钙钛矿量子点(qds)溶液的光致发光量子效率(PLQY)较高,... 详细信息

基于溶液法制备的全无机钙钛矿cspbbrqd具有诸多优异的性能:发光光谱可调、发光效率高、高载流子迁移率、荧光量子产率高、合成工艺简单等特征,成为近年来显示行业的研究热点。虽然钙钛矿量子点(qds)溶液的光致发光量子效率(PLQY)较高,然而在固态薄膜及相应的量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diode,QLED)中保持高的发光效率及稳定性问题仍然是一个挑战,特别是传输层/发光层界面引发的传输界面不稳定、能级不匹配等导致激子猝灭和电荷传输不平衡等问题。为了深入讨论上述问题,本论文采用氧化锌作为电子传输层,以全无机钙钛矿量子点作为发光层,制备倒置结构QLED器件,重点研究减少发光层薄膜荧光猝灭和影响传输层/发光层之间界面非辐射复合的因素,以及阴阳两极载流子的不平衡传输等问题,通过采用发光层主客体复合钝化、功能层掺杂和表面修饰等界面调控方法,提高发光层薄膜的荧光效率、器件的载流子平衡注入及电致发光效率。具体的研究内容分为以下三个部分:首先,以提高cspbbrqd发光层溶液及相应旋涂薄膜的PLQY为目的,通过实验研究量子点溶液在清洗次数及不同分散溶剂中的最优条件,实验验证了表面配体及溶剂介电常数、极性等因素对PLQY的影响,优选清洗两次且采用庚烷作为分散溶剂的量子点材料进行后续器件及界面态的研究,接下来,为解决钙钛矿量子点表面配体与提升载流子注入的问题,采用高迁移率半导体2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)与cspbbr量子点形成主客体复合发光层,宽带隙的主体材料能够有效约束注入发光层的载流子,提升电子空穴的注入效率,减少载流子的损失。然后对倒置QLED器件的空穴传输材料进行选择,减少与发光层的能级势垒,采用ITO/ZnO/EML/CBP/MoO/Al器件结构制备的倒置QLED器件,实验表明,基于复合材料体系制备的器件EQE为纯cspbbrQLED的7倍,通过减少漏电流,提高了电流效率,验证了通过主客体复合对载流子注入提升的有效性。接下来,基于C8-BTBT与全无机钙钛矿cspbbr量子点构成的复合发光层,研究了氧化锌电子传输层的镁离子掺杂工艺对发光层荧光量子效率及界面稳定性的影响规律和机制。镁离子掺杂可以在一定范围内线性调控电子传输层的光学带隙,同时有效改善薄膜的表面形貌,从而提高与发光层之间的界面质量。实验发现,相对于未掺杂的ZnO薄膜,MgZnO薄膜的表面粗糙度和表面能显著下降,光学带隙则提高了0.2e V,相应的以电子漂移为主的电导率也显著下降。进一步通过调控复合发光层中的主客体比例,可以调节空穴注入比,改善载流子传输的平衡性。采用主客体复合的发光层相对于纯量子点发光层薄膜,在ITO/MgZnO衬底上具有更高的荧光量子效率和荧光寿命。最后,为解决ZnO薄膜表面极性羟基对qd发光层的光致发光荧光猝灭作用,减少界面环境对qd薄膜光致发光的影响。对ZnO薄膜表面采用苯乙基三氯硅烷(PETS)自组装单分子层(SAM)化学修饰的方法来调节表面极性。实验发现,通过减少氧化物层上的羟基基团密度,表面处理后可产生疏水性表面,从而减少了后续cspbbr量子点膜的光学猝灭。此外,通过改变PETS浓度来设计表面极性,从而有助于将光致发光量子产率(PLQY)提高50%。同时,提高了光致发光的热稳定性,显示了高达140℃的温度耐受性。

关键词： cspbbr3qd ZnO C8-BTBT PETS 光致发光量子效率

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