氧化钨作为空穴注入层提高量子点发光二极管性能和寿命的研究

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量子点发光二极管(QLED)由于具有的自发光、低能耗、色纯度高等优点,成为人们最为关注的下一代照明与显示技术。但目前关于QLED的研究还主要停留在实验室阶段,器件的效率和寿命问题一直阻碍着QLED产业化的脚步。器件的效率低下主要是由于空穴的注入和传输效率较差,导致载流子的传输不平衡而引起。另一方面目前的QLED器件基本都使用ITO作为器件的电极,而PEDOT:PSS由于其本身较高的电导率也被广泛用作空穴传输材料。但由于PEDOT:PSS材料本身具有的酸性和吸水性,长期放置会对ITO电极造成腐蚀进而影响器件的寿命。为了有效的解决这些问题,有科研人员开始寻找新的空穴传输材料去取代或者修饰PEDOT:PSS,其中过渡金属氧化物(氧化镍,氧化钼、氧化钒,氧化钨等)被研究的最为广泛,并取得了一些效果。尤其是氧化钨由于它高的透过率,高功函且无毒显得最为瞩目。但是这些氧化物薄膜的制备手段基本都是热蒸发沉积或者磁控溅射,成本高昂,不利于以后的产业化发展。本论文主要围绕溶液法合成的氧化钨在量子点发光二极管器件中的应用来展开。使用了不同的合成方法来制备氧化钨纳米粒子,并通过改变器件的结构,混合掺杂等手段把氧化钨应用于QLED器件当中,提高了器件的空穴传输能力,平衡了载流子的输运过程,使器件性能和寿命得到了很大提高。本论文的主要创新工作可以归纳总结为以下两部分:(1)采用溶胶-凝胶的方法合成了氧化钨,并设计了四种不同的器件结构来优化QLED器件,最终我们确定采用氧化钨/PEDOT:PSS这种双层结构作为器件的空穴注入层,又通过对氧化钨转速、浓度等工艺条件的摸索,最终使我们的氧化钨优化器件性能得到了大幅度的提升,最大亮度可以达到41000cd/m~2,最大电流效率为15.1cd/A,最大功率效率为18.25lm/W,并且优化器件的最大外量子效率(EQE)达到了10.48%,各项性能指标相对标准器件都提高了30%左右。而且由于氧化钨层的加入,把本身具有酸性且容易吸水的PEDOT:PSS层和ITO电极隔离起来,而氧化钨本身具有很好稳定性,因此我们的优化器件的寿命也比标准器件提高了20倍左右。(2)我们用水溶液法合成了氧化钨纳米颗粒,并对其进行了透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)等分析表征,合成的氧化钨纳米颗粒形状均匀,不需要经过高温退火的过程。使氧化钨和PEDOT:PSS按照一定的体积比进行混合,然后应用于绿光量子点发光二极管器件当中,器件的性能得到了很大的提高。然后我们又对器件进行了I-V测试,并且制作了单空穴器件,发现了氧化钨的加入极大提高了器件的空穴注入/传输能力。
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