高效全溶液倒置量子点电致发光器件的研究与制备

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量子点电致发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes, QLED)具有发光颜色易调,色域广,色彩饱和度高及能耗成本低等优势,已成为下一代显示和照明的关键性技术。随着QLED制备工艺的不断发展,全溶液法制备QLED因逐渐摆脱对传统蒸镀工艺的依赖,加工成本低,生产周期短等特点备受业界瞩目。其中,倒置结构的QLED容易和市场主流的n型非晶硅TFT集成,对高分辨、大尺寸面板的实现十分关键。然而,目前利用全溶液法制备的倒置 QLED 依然存在光提取效率低,开启电压高等问题,发光效率仍然无法与倒置 OLED 相比,距投入市场应用还有一定距离。因此,通过优化材料,利用合适的光调控和界面修饰手段对器件性能进行优化,对全溶液倒置 QLED 市场化应用具有十分重要的意义。本文通过改善 QLED 电子传输层,在器件中引入光耦合结构及小分子自组装层对全溶液倒置QLED的光学及电学性能进行优化。首先,针对目前倒置QLED采用纳米颗粒氧化锌制备工艺繁琐,不利于工业化生产的问题,我们首次利用溶胶-凝胶ZnO实现了高效QLED器件的制备。溶胶-凝胶ZnO减小了QLED中的漏电流,缩短了器件制备周期,使器件性能达到了与纳米颗粒ZnO器件相当的水平。与此同时,基于溶胶-凝胶ZnO电子传输层QLED的成功制备,解决了无法在传统的纳米颗粒电子注入层(ZnO、TiO2)引入纳米结构的问题,为光耦合结构在QLED中的成功引入奠定了基础。  进一步,为优化全溶液倒置QLED的光学性能,利用溶胶-凝胶ZnO作为电子注入层制备全溶液倒置QLED,并通过纳米软压印的方式成功地在ZnO薄膜中引入了准周期纳米结构。研究发现,准周期纳米结构可以有效提取器件内部限制在波导模式中的光,器件最大亮度由19450 cd/m2提升至50520 cd/m2,最大外量子效率从5.1%提高到11.5%,光学性能获得大幅提升。  针对器件引入结构后量子点成膜性差和器件开启电压高的问题,开创性地利用小分子自组装材料MBA对QLED中引入准周期纳米结构的ZnO薄膜进行界面 修饰,不仅解决了量子点在纳米压印ZnO上的成膜差的关键问题,并且使ZnO薄膜的功函数从4.0 eV降至3.7 eV,从而极大地降低了器件的开启电压,使器件性能更加稳定。最终制备的全溶液倒置QLED亮度高达70137 cd/m2,电流效率和流明效率分别达到53.0 cd/A和29.7 lm/W。外量子效率(EQE)高达14.1%,较标准器件提升近4倍。该工作为开发高效率倒置QLED器件提供了新的解决方案,对量子点照明和显示器件的全溶液制备和低成本集成具有指导性意义。
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