MoO_x基空穴注入层构筑长寿命绿光量子点发光二极管

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量子点发光二极管(Quantum Dot-based Light Emitting Diodes,QLED)由于其具有单色性好、色纯度高、色域宽、寿命长等优点得到快速发展。因此,QLED器件有望成为新一代主流显示和照明技术,应用于智能终端、超高清显示和高端照明等领域。聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS),因具备高透过率、导电性良好、可溶液法制备等优势,进而被广泛用作主流QLED器件中的空穴注入层(HIL)。然而,其吸湿性及酸性会腐蚀ITO基底并损伤相邻功能层,这将导致器件稳定性不高。因此,以具有适合功函数、可溶液法制备、高透过率的过渡金属氧化物(V2O5、NiOx、MoOx、WO3、CuOx)取代或修饰PEDOT:PSS的QLED器件受到越来越多的关注。其中,氧化钼(MoOx)除了具有过渡金属氧化物的共同优点外,还具有良好环境稳定性、无毒、易制备等优点。前期的研究结果表明,与以PEDOT:PSS为HIL的QLED器件相比,虽然稳定性得到了有效提高,但由于过渡金属氧化物的QLED中金属氧化物的电荷传输能力不佳及与发光层之间的注入势垒较高,引起空穴注入效率低,进而造成器件效率偏低,最终QLED器件的效率和寿命无法同时得到改善。为解决器件空穴注入能力不佳的问题,本论文选择具有无毒、高功函数、良好的环境稳定性等优点的MoOx薄膜为HIL,围绕溶胶凝胶法制备的MoOx薄膜在绿光QLED器件中的应用展开工作,以绿光ZnCdSeS/ZnSQDs为发光层。通过调控MoOx薄膜的退火温度、臭氧时间、厚度、掺杂浓度以及选择不同空穴传输层(HTL)等手段,提高QLED器件的空穴注入能力,达到器件寿命和效率同时得到提高的目的。本论文的主要工作归纳为以下三部分:(1)溶胶凝胶法制备MoOx薄膜及其表征以钼酸铵为前驱体,去离子水为溶剂,通过溶胶凝胶法制备MoOx溶液,经简单的旋涂法制备MoOx薄膜。研究表明,MoOx薄膜在不同厚度、退火温度、紫外臭氧处理(UV-O3)时间等条件下,都可以在ITO薄膜表面形成平整致密的薄膜,其粗糙度均小于1.0 nm。X-射线光电子能谱(XPS)结果表明,MoOx薄膜由Mo6+和Mo5+组成,随着退火温度的提高和UV-O3处理时间的增加,Mo6+与Mo5+的比例增加。并且随着退火温度从130℃增加到400℃,MoOx薄膜由无定型转化为正方晶系。(2)MoOx作为空穴注入层构筑QLED器件将所制备的MoOx薄膜取代PEDOT:PSS作为HIL构筑绿光QLED器件,并对MoOx层的厚度、退火温度、UV-O3处理等实验参数进行优化。结果表明,当MoOx溶液浓度为6%w/t,退火温度为130℃,紫外臭氧处理10 min时,所构筑的器件的最大亮度(Lmax)和最大外量子效率(EQEmax)分别达到229400 cd/m2和9.70%。在此基础上,引入MoOx/PEDOT:PSS为双空穴注入层,分别以具有不同最高电子占据轨道(HOMO)能级和迁移率的材料(TCTA、PVK、Poly-TPD、TFB、CBP)为空穴传输层。器件结果表明,具有高迁移率的TFB为HTL时,构筑的QLED器件性能最佳。其Lmax和EQEmax分别达到282300 cd/m2和15.13%,且器件在初始亮度为100 cd/m2下的T95寿命为5816 h。与以PEDOT:PSS为空穴注入层的参比器件(EQEmax为12.70%,T95为152 h)相比,EQEmax和T95寿命分别提高了19%和38倍。最终实现QLED器件的效率和寿命同时提高。(3)V-MoOx/PEDOT:PSS双层空穴注入层构筑QLED器件采用溶胶凝胶法,以钼酸铵和三异丙醇氧钒为前驱体合成V掺杂MoOx(V-MoOx),并构筑绿光QLED器件。首先对V-MoOx的厚度、退火温度、UV-O3处理等实验参数进行优化。之后通过调控V掺杂量,进而调控V-MoOx薄膜的能级位置和电荷传输性质。结果表明当掺杂体积比为Mo:V=10:2.5时,MoOx薄膜导带位置降至4.93 eV,对应的单载流子器件(电子和空穴)的电流密度更加趋于平衡。和MoOx薄膜相比,V-MoOx薄膜的微区电流也从0.27 n A提高至1.54 nA,更进一步证明通过掺杂V可以提高MoOx薄膜的电荷传输特性,有利于器件中电子-空穴注入平衡。最终QLED器件的Lmax)达356400 cd/m2,EQEmax达到18.66%。
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