硅量子点发光二极管的界面调控与性能研究

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硅量子点由于其独特的光学性能,生物无毒、原材料储量丰富等特点,近年来作为发光材料在生物成像、红外光治疗、夜视等领域显示了广阔的应用前景。目前,基于空穴传输层/量子点/电子传输层结构的硅量子发光二极管的研究工作已经取得不少进展。然而,空穴传输层材料的电荷迁移率通常要比电子传输层材料低,这就导致了发光二极管中电子、空穴注入不平衡。此外,层与层之间的界面引起的激子淬灭和非辐射复合也成为限制硅量子点发光二极管性能的重要因素。本文引入不同的界面层材料,研究了硅量子点发光二极管中阳极界面调控和空穴传输层界面调控对器件发光性能的影响,并通过优化界面层参数,制备出了性能优异的硅量子点发光二极管。阳极界面调控改善了器件中电子、空穴注入不平衡的问题;空穴传输层界面调控抑制了激子淬灭引起的非辐射复合问题。  本研究主要内容包括:⑴采用ITO/PEDOT:PSS/Poly-TPD/Si-QD/ZnO/Ag的原始器件结构,随后在ITO和PEDOT:PSS层之间分别蒸镀不同厚度的HAT-CN和MoO3作为界面层,研究了阳极界面调控对硅量子点发光二极管性能的影响。我们发现,HAT-CN/MoO3界面层可以增加ITO的功函数,降低空穴注入的势垒,促进电荷注入平衡,从而使得器件的外量子效率和稳定性均获得很大程度的提高(外量子效率提高了170%,稳定性提高了240%)。与HAT-CN相比,MoO3更能有效促进空穴的传输,因此MoO3作为界面层的器件性能要明显优于HAT-CN。⑵采用ITO/NiO/Si-QD/ZnO/Ag的器件结构在 PET柔性衬底上探索了全无机的硅量子点发光二极管,随后在 NiO和硅量子点层之间用原子层沉积(ALD)生长不同厚度的Al2O3作为界面层,研究了空穴传输层界面调控对硅量子点发光二极管性能的影响。研究发现, Al2O3界面层一方面能提高硅量子点薄膜的光致发光强度,抑制激子淬灭引起的非辐射复合;另一方面可以降低NiO薄膜表面的粗糙度,减小器件漏电流。经过厚度优化,证明了生长30个循环的Al2O3作界面层可以获得最佳的器件性能。与原来的器件相比,外量子效率提高了约15倍,发光强度提高了约20倍。
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