适用于量子点发光二极管中的空穴传输聚合物的设计表征和应用研究

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量子点(Quantum dots,QDs)由于具有发光效率高、发光光谱窄、发光光谱可调和可溶液加工等优秀的特性,在显示、照明、医疗和能源各个领域具有广阔的应用前景,尤其在显示领域受到了很高的关注。利用量子点作为发光材料制备成的自发光量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diodes,QLED),有希望成为未来显示领域的关键技术之一。由于QLEDs的特定结构中电荷传输材料本身能级和迁移率存在差异,不可避免地在量子点发光层中会存在电荷注入不平衡的情况。因此,通过对电荷传输材料尤其是空穴传输材料进行调控和改善是目前提升QLEDs性能的有效手段之一。本文主要是通过优化QLEDs的空穴传输材料的方法来提高器件的性能。主要工作如下:第一,我们选用了一种同时拥有较深最高占据分子轨道(HOMO)和较高空穴迁移率的空穴传输聚合物材料,并对它进行相应的表征。将吸电子基团CN(Cyano)通过不同的连接方式添加到常用的空穴传输材料TFB(Poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-(sec-butyl)phenyl)diphe-nylamine))上,提出了两个新的空穴传输材料CNPr-TFB(Poly(9,9-dioc-tylfluorene-co-N-(4-(2-cyanopropan-2-yl)phenyl)diphenylamine))和CN-TFB(Poly(9,9-dioctylfluorene-co-N-(4-cyanophenyl)diphenylamine))。由于吸电子基团的攫取电子作用,将降低了聚合物聚合链上的电子密度,使聚合物具有更稳定的HOMO能级。因此,与TFB(HOMO=-5.41 e V)相比,CNPr-TFB和CN-TFB的HOMO更加稳定,分别为-5.63e V和-6.41 e V,这将降低空穴传输层和量子点发光层之间存在的能级势垒,有利于空穴注入。同时,CNPr-TFB和CN-TFB都有优异的电子阻挡性能。更重要的是,CNPr-TFB具有与TFB相当的空穴迁移能力,但CN-TFB却表现出很差的空穴迁移能力。CNPr-TFB中具有更少的缺陷态,将更适用于QLEDs。第二,我们使用CNPr-TFB作为空穴传输层(Hole transport layer,HTL)制备了红、绿、蓝和白光发射的QLEDs,并对它们进行了性能研究。基于CNPr-TFB的红、绿、蓝和白光发射的QLEDs的外量子效率(External quantum efficiencies,EQE)分别为20.7%、16.6%、11.3%和15.0%,相比较于基于TFB的器件上升了1.4-2.3倍。基于CNPr-TFB的红、绿、蓝和白光发射的QLEDs的工作寿命(T50)分别为427 h、360 h、15.8 h和12.8h,而使用TFB的分别只有135 h、77 h、0.84 h和0.3 h。在6 V的工作电压下,使用CNPr-TFB作为HTL制备的红、绿、蓝和白光发射的QLEDs的亮度分别为51811 cd/m~2、76390 cd/m~2和8739 cd/m~2,而使用TFB的分别只有21525 cd/m~2、46984 cd/m~2和2771cd/m~2。因此,通过使用同时具有稳定HOMO能级和较高空穴迁移率的空穴传输聚合物CNPr-TFB作为QLEDs的空穴传输层,减小空穴传输层与量子点发光层之间存在的能级势垒,增加空穴在这一界面的注入,进而实现量子点发光层内部载流子的平衡分布,从而减少非辐射复合,提高QLED的性能和寿命。
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