倒置量子点发光二极管的全溶液制备工艺优化研究

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量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,QLED)因其发光波段可调、色纯度高等众多优点而成为照明与显示领域研究的热点。目前QLED的器件结构可分为正置结构以及倒置结构,其中倒置QLED器件与n型金属氧化物(n-type metal oxides)以及非晶硅薄膜晶体管(TFT)的集成更加简便,更适合应用在高分辨率、大尺寸面板上的照明显示设备中。倒置QLED器件在构筑过程中采通常会使用真空热蒸镀法以及溶液旋涂法。与真空热蒸镀法相比,溶液旋涂法具备操作灵活、价格低廉等优点,更有利于QLED器件实现商业化应用。然而全溶液倒置QLED器件的制备还面临许多的挑战,一方面表现为空穴传输层(Hole transport layer,HTL)使用的溶剂会对量子点发光层进行溶解,进而影响器件的发光效率;另一方面是在全溶液倒置QLED器件中传统的空穴注入材料PEDOT:PSS属于亲水性材料,不仅在空穴传输层上成膜性较差,也会影响器件的稳定性。因此,寻求简单高效的策略保护QDs发光层以及优化空穴注入层,进而提升器件的性能,对于QLED走向产业化具有十分重要的现实意义。为使QLED走向商业化早日成为现实,本文将从优化器件工艺、降低制作成本以及提高器件性能的角度出发,主要围绕保护QDs发光层以及优化空穴注入层进行研究并展开讨论。论文实验的主要内容如下:(1)在QDs发光层与HTL之间引入聚乙烯亚胺(PEI)进行修饰,可以有效保护QDs发光层,制备高效的倒置QLED器件。PEI的乙醇溶液成膜质量高,并且PEI不容苯,将其因引入到QDs与HTL之间能起到保护量子点的作用,从而提升器件的性能。实验结果,表明引入PEI可以有效保护QDs发光层,提升器件的发光亮度以及效率。在使用PEI进行修饰的绿光器件其最大亮度、电流效率以及外量子效率分别达到47642.52 cd/cm~2、4.43 cd/A以及12.47%,相比于常规器件分别提升了35.4%、54.9%以及64.5%。(2)使用热旋涂工艺制备HTL,优化HTL表面形貌以及保护QDs发光层。热旋涂工艺的关键点在旋涂HTL时需保持QDs发光层高温状态,可以加快HTL成膜,减少其溶剂对QDs发光层的侵蚀作用。相比于引入修饰层可有效简化制作工艺,降低器件制作成本。通过稳态荧光光谱进行分析,热旋涂工艺可以有效保护QDs发光层。在对器件进行光电性能分析后发现,热旋涂工艺极大提升了器件的性能,使用热旋涂工艺的器件最大亮度、电流效率以及外量子效率分别达到45507.53 cd/cm~2、11.39 cd/A以及14.9%,分别是常规器件的1.32倍、4倍以及1.82倍。(3)使用磷钼酸(PMA)替代作为HIL实现全溶液倒置QLED器件的制备。PMA薄膜具有较高的霍尔迁移率,相比于PEDOT:PSS,具有成膜质量好、稳定性高以及能级可调等优势。通过制备并测试一系列基于PMA作为空穴注入层的全溶液倒置QLED器件发现,使用PMA作为HIL具有良好的成膜性以及能级匹配度,绿光器件最大电流效率以及外量子效率分别达到了18.23 cd/A和15.86%。
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