华南理工:ZnO纳米粒子掺杂改善量子点LED性能!

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材料科学与工程    2021-01-29    178

  编辑推荐:本文分别采用LiQ、TPBi和BPhen等小分子掺杂剂对ZnO进行改性。其中LiQ掺杂ZnO ETL的掺杂率为7 wt%时,器件的峰值电流效率(CE)和外量子效率(EQE)分别达到8。07 cd/A和7。74 %,分别是未掺杂ZnO ETL的4。19 cd/A和3。98 %的1。93倍和1。94倍。性能的改善主要归功于LiQ掺杂ZnO ETL对电子注入和界面激子猝灭的抑制作用。

  纳米氧化锌(NPs)具有优异的电子传输特性和固有的稳定性,被广泛用作量子点发光二极管(QLED)的电子传输层(ETL)材料。然而,多余电子注入引起的载流子注入不平衡是ZnO作为电子传输层的QLED中普遍存在的现象。基于大多数有机电子传输材料的电子迁移率和LUMO能级比ZnO纳米颗粒低的特点,作者报道了一种通过掺杂有机小分子电子传输材料来调节ZnO纳米颗粒的电子传输特性的策略。本工作为制备高性能QLED提供了一种很有前途的方法,促进了其在显示领域的应用发展。相关论文以题目为“Improved performance of quantum dot light-emitting diodes by hybridelectron transport layer comprised of ZnO nanoparticles doped organic smallmolecule”发表在Organic Elctronics 期刊上。

  论文链接:https://www。sciencedirect。com/science/article/pii/S1566119919303301?via%3Dihub
图片.png  胶体量子点具有尺寸可调、发光颜色丰富、发光效率接近百分百、固有的光稳定性和热稳定性以及优异的溶液可加工性等优异性能,近年来得到了广泛的研究。自从基于量子点的发光二极管问世以来,通过优化量子点的结构和组成,调整器件结构和制造工艺,以及选择合适的电荷传输材料和溶剂,QLED已经取得了巨大的进步。目前,QLED的性能可以与一些成熟的有机发光二极管(OLED)相媲美。

  为了制备高效的QLED,在夹层结构的基础上插入额外的电荷传输层是必不可少的。由于ZnO纳米粒子具有较高的电子迁移率、合适的能级和固有的稳定性,被广泛应用于大多数已报道的QLED中作为电子传输层(ETL)以实现高性能。在ZnO ETL的QLED中经常会出现电荷注入不平衡的障碍,这是因为Cd基量子点的深价带能级比电子注入产生的空穴注入势垒更大。因此,多余的电子给量子点充电,从而增加了像俄歇复合这样的非辐射复合的可能性,这极大地恶化了QLED的性能。为了改善这一现象,人们致力于阻止有效的电子注入以实现更好的电荷平衡。

  一方面,通过在发射层(EML)和ETL之间加入超薄绝缘层可以有效地克服这一障碍。虽然使用绝缘层可以获得优异的性能,但QLED的器件性能对超薄绝缘层的厚度非常敏感,这不利于其工业化生产。另一方面,通过直接掺杂来调整ZnO的电子结构可以平衡电荷注入。据报道,利用带隙可调的ZnMgO薄膜作为电子传输层,QLED的性能有了显著的提高。通过改变Mg掺杂浓度,可以控制ZnO的电子迁移率和CBM来阻止电子注入,从而有利于抑制不平衡电荷注入。此外,通过在ZnO中同时掺杂Li和Mg,提高了ZnO的带隙和电阻率,从而优化了电荷平衡。本工作为制备高性能QLED提供了一种有前途的方法,为小分子掺杂剂的选择提供了有效手段,将进一步推动QLED在显示领域的发展。

图片.png  图1。(A)使用LiQ掺杂ZnO ETL的QLED结构示意图。(B)J-V-L特性和(C)CE-J特性。(D)效率最高的器件的EQE-L-CE曲线。

图片.png  图2。(A)不同LiQ掺杂浓度的ZnO ETL纯电子器件和纯空穴器件的J-V曲线。(B)QLED的电致发光光谱;插图:在3V工作的五个QLED器件的照片(每个器件的有效面积为0。04平方厘米)。

图片.png  图3。(A)时间分辨荧光光谱和(B)不同层接触的量子点膜的光致发光光谱。

图片.png  图4。(A)基于TPBi(0。0wt%~6。0wt%)掺杂ZnO的QLED的J-V-L特性和(B)CE-J特性。(C)J-V-L特性和。(D)BPhen(0。0wt%~6。0wt%)掺杂ZnO基QLED的CE-J特性。

  我们提出了一种利用ZnO纳米颗粒掺杂的小分子作为ETL来阻挡QLED中多余电子注入的方法。性能的改善主要归功于有效地阻止电子注入,缓解不利的电荷注入,并在一定程度上抑制了量子点薄膜与ZnO薄膜之间的界面激子猝灭效应。这一结果可能为制备高性能QLED以及促进其在显示领域的应用开发提供一条有前景的途径。(文:爱新觉罗星)

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