改善倒置量子点电致发光器件光输出耦合效率

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无机半导体量子点(QDs)具有发光可以覆盖从紫外到近红外的全部波段、颜色饱和度高、发光光谱窄、低成本溶液处理和高量子产率(近100%)等优点,使其成为非常具有吸引力的半导体发光材料。由于QDs中强的量子限域效应,所以人们可以通过优化合成方法改变量子点的尺寸和成分设计QDs发光波长和色纯度(或光谱半峰宽)。正因QDs发光材料具有如此优异的特性,以QDs为发光层的量子点半导体电致发光器件(QLED)成为了下一代照明和显示器件的重要发展目标。自从1994年Alivisatos等人第一次报道了以Cd Se量子点为发光层QLED器件以来,QLED器件的性能得到了显著的提高,通过优化材料和器件结构使得器件外量子效率(EQE)从低于0.01%提升到了高于20%。所以,对器件效率来说,材料及器件结构的优化空间很有限。通过对器件EQE分析,器件的光输出耦合效率是提高QLED器件性能的重要参数。由于QLED器件中QDs发光材料的折射率比较大,ITO和玻璃的折射率较小,器件各层界面之间全反射效应使得大部分的光被限制在器件内部,最终通过吸收及等离子等途径损耗,导致器件的光输出耦合效率在20%。因此,如何增强光输出耦合效率成为了研究热点。为解决这一问题,本文制备了具有微纳结构的ZnO薄膜,利用其作为电子传输层制备了倒置QLED器件。与常规的基于ZnO纳米粒子薄膜的器件相比,这种ZnO微纳结构薄膜具有纹理化的结构,其强的光散射效应降低了界面之间的全发射,从而提升器件的光输出耦合效率及EQE,具体内容如下:1.通过溶液法制备具有微纳结构的ZnO薄膜,利用扫描电子显微镜(SEM)表征薄膜的表面形貌,分析该微纳结构增强光输出耦合的物理机制。同时测试了该薄膜的电学特性,证实了其作为QLED器件的电子传输层有效性。2.基于该ZnO微纳结构薄膜制备了倒置QLED器件。对器件的电流密度-电压、亮度-电压、电容-电压及瞬态电致发光等特性进行表征,评估了微纳结构的ZnO电子传输层对器件电学及发光特性的影响,分析了QLED器件性能提升的原因。3.最终,我们制备出了高效的倒置红光QLED器件,器件的最大亮度为223100 cd/m~2,最大电流效率为20.7 cd/A,相比于普通ZnO纳米粒子作为电子传输层的器件,分别提高了41.7%和30.1%。这一结果证实我们制备的具有微纳结构的ZnO电子传输层更适合于倒置的QLED器件,并且其具有制备工艺简单、成本低及重复性好等优点。
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