ZnO纳米棒/聚合物复合电致发光器件研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:superlhl2010
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ZnO是一种II-VI族的直接宽带隙半导体材料,在发光二极管、紫外探测器、传感器等方面具有很好的应用。这些年,ZnO纳米棒材料已然成了ZnO材料研发的新热点。由于化学合成法制备的ZnO纳米棒存在多种类型的缺陷,因此其发光范围几乎覆盖整个可见光区,从而为构筑白光LED提供了可能。本文开展了基于ZnO纳米棒有机/无机复合发光器件的研究。获得了以下主要结果:(1)采用化学浴沉积方法,不经过任何的退火工艺,在低温75℃条件下,分别在ITO衬底、Si衬底和柔性PET衬底上生长出了均一一致的ZnO纳米棒阵列。讨论了ZnO纳米棒的生长机理,认为ZnO纳米棒棒的长度与温度具有依赖关系,棒长度随着温度升高而变短的现象归因于温度的升高使ZnO纳米粒子的成核速率高于轴向生长速率,这时的ZnO纳米粒子以成核为主,从而限制其轴向生长,轴向长度变短;实验获得了不同衬底下ZnO纳米棒生长的优化条件,为后续器件制备研究打下基础;通过引入串联电阻和陷阱浓度两个参数对比研究了不同带隙的p型有机聚合物对器件电致发光性能的影响。结果显示,MEH-PPV由于具有与ZnO相匹配的能级结构以及相对较高的载流子迁移率,器件的串联电阻和陷阱浓度都相对较低,有效地降低了载流子传输过程中所产生的压降,其发光强度最高。(2)制备了p-n-p双异质结白光器件。ZnO纳米材料是一种n型的半导体材料,这种特性导致了其载流子在器件的两端注入不平衡。基于这种考虑,我们在阳极端引入空穴传输型材料PVK,以此来调节空穴的注入。同时,在阴极端选择MEH-PPV作为与ZnO纳米棒能级匹配的电子阻挡型材料来阻挡电子的注入。通过上述两个功能层的共同作用,器件EL光谱显示获得了较好的白光发射,器件的开启电压也明显降低。利用器件的电流-电压特性讨论了载流子的传输模型。结果显示,在低电压区和高电压工作条件下,器件的电流-电压传导机制分别以SCLC模型和TCLC模型为主。结合器件陷阱浓度的分析认为器件整个发光行为与陷阱的不断填充的过程相关。(3)制备了基于柔性PET衬底的结构为ITO/ZnO NRs/PVK/PEDOT:PSS/Au白光器件。PEDOT:PSS作为空穴注入层,既增加了空穴的注入效率,又有效地降低了空穴由Au阳极注入到PVK HOMO能级之间的能量势垒。P-PVK作为空穴传输层,增加了空穴向ZnO的价带的传输速率,使电子和空穴的注入更加平衡。
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