Zn1-xMgxO作为电子传输层在量子点发光二极管中的应用

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量子点发光二极管(QLEDs)相比传统的有机发光二极管(OLED)有着高亮度、窄发射宽度、发光颜色连续可调、可溶液制备等独具特色的优点在显示和照明领域有着极大的发展潜能。尤其自ZnO作为电子传输层,QLEDs的性能有了突飞猛进的发展。但是,目前,对于QLEDs的研究大部分还处于实验室阶段,要想实现其工业化应用,还存在很多亟待解决的问题,最突出的是效率和稳定性的问题。本论文的研究工作主要基于ZnO作为QLEDs电子传输层,在此基础上构筑CdSe/CdS/ZnS和CdSe@ZnS量子点发光二极管,针对器件的电荷注入不平衡导致器件发光强度和效率较低的问题进行探究。通过掺杂Mg以及混合Cs2CO3的方式修饰电子传输层,调节器件中电子注入能力,有效地促进电子空穴复合,进而提高QLEDs器件的效率。本论文的研究工作主要从以下三方面开展:(1)不同掺杂浓度的Zn1-xMgxO纳米颗粒的制备及性能研究:通过溶胶-凝胶的方法制备了不同Mg掺杂浓度(0≤x≤0.10)的Zn1-xMgxO纳米颗粒,将其分散于无水乙醇溶液中。研究发现,Mg掺杂ZnO仍保持着六方纤锌矿结构,没有新的衍射峰出现,所以未出现相分离。但是随着掺入量的增多出现衍射峰宽化现象,通过谢乐公式计算,纳米颗粒平均尺寸减小,与透射电子显微镜观察到的随着掺入浓度的增加纳米颗粒尺寸逐渐减小现象相一致,同时吸收和荧光光谱均发生了明显的蓝移现象,吸收边的蓝移会带来带隙的宽化,进而调节其能级水平。另外,Mg的掺入仍保持了ZnO高透过性的优点,Zn1-xMgxO透过率均在98%以上,为它作为电子传输材料应用于量子点发光二极管中提供了保障。(2)Zn1-xMgxO纳米颗粒作为电子传输层在量子点发光二极管中的应用:将溶胶-凝胶合成的纳米Zn1-xMgxO作为电子传输层用于构筑CdSe/CdS/ZnS和CdSe@ZnS量子点发光二极管。与标准器件相比,两种器件的电致发光性能均得到不同程度的增强。CdSe/CdS/ZnS量子点发光二极管随着Mg的引入,其发光色纯度明显提高,由于注入电荷不平衡引起的TFB层发蓝光现象得到有力地遏制,载流子过剩引起的量子点发光层带电现象消失,器件的发光强度和效率均得到提高。与纯的ZnO作为电子传输材料时相比,优化后器件最大亮度达36685cdm-2,提高了81%,最大外量子效率(EQE)达9.46%,提高了2.67倍。同样地,将Zn1-xMgxO纳米颗粒作为电子传输材料应用于CdSe@ZnS量子点发光二级管中,器件的效率和发光强度也得到了增强,最大发光强度达52526cdm-2,提高了72.4%,最大外量子效率8.23%,提高了1.42倍。值得注意的是,发光强度100-10000cdm-2范围内效率值比较高,利于商业化应用。该器件中使用Zn1-xMgxO作为电子传输层,它具有较高的电子迁移率,通过Mg掺入浓度的变化可以调节电子注入势垒,作为阴极缓冲层可避免发光层直接与电极接触,平衡了载流子注入,并且在一定程度上抑制电子注入过剩引起的发光层充电现象,抑制界面的激子淬灭,进而提高了器件的电致发光性能。(3)Zn1-xMgxO:Cs2CO3作为电子传输层在CdSe/CdS/ZnS量子点发光二极管中的应用:将Zn1-xMgxO:Cs2CO3用于CdSe/CdS/ZnS量子点发光二极管的电子传输材料,通过调整引入微量的Cs2CO3比例,调节载流子注入水平,达到平衡电荷的目的。作为电子传输材料引入Cs2CO3以后,QLEDs器件的电致发光强度和效率得到了进一步地提高,最大发光强度提高到42910cdm-2;最大外量子效率高达13.09%,提高了35.79%。尤其,在亮度为1000cdm-2时,EQE高达12%,保持在较高的水平,满足了其在平板显示或照明领域的商业化需求。
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