《河南大学》 2019年
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ZnCdSe梯度合金量子点的壳层材料及其厚度对发光二极管性能的影响

汪盈  
【摘要】:近年来,量子点由于具有量子产率高,光化学稳定性好,激发光谱宽和发射光谱窄以及光谱连续可调等特点引起了研究人员的广泛关注。而且,量子点具有可溶液加工,操作简单等特点而被广泛应用于发光二极管领域。自1994年首次报道基于量子点的发光二极管至今,研究者们通过提升量子点的性能,优化器件结构及电荷传输层材料等多种途径来提高量子点发光二极管的性能。二十多年来,尽管量子点发光二极管的性能得到了极大的提高,但是载流子注入效率低和载流子注入不平衡等问题依然制约着器件性能。在器件工作时,电子和空穴需先穿过量子点壳层才能在核内形成激子复合发光,所以壳层对载流子的注入效率有非常大的影响。一方面,有机空穴传输层的HOMO能级与量子点的价带顶之间存在较大的能级差,空穴注入势垒较高,将导致载流子注入不平衡以及载流子在势垒界面的聚集。这不仅容易引起俄歇复合过程,而且导致了驱动电压升高和效率滚降。因此,选择合适的壳层材料可以降低空穴的注入势垒,促进载流子注入平衡,进而提高器件的性能。另外,量子点的壳层厚度亦对器件的性能有较大的影响。在电场作用下,薄壳层的量子点容易引起激子分离,而厚壳层的量子点又会降低载流子的注入效率。基于以上分析,本论文以ZnCdSe量子点为基础,研究其梯度合金结构与壳层材料及其厚度对器件性能的影响,主要内容分为以下两个部分:(1)Zn_(1-x)Cd_xSe梯度合金量子点和ZnCdSe/ZnS核壳结构量子点的合成及其发光二极管的构筑:首先通过调控Cd与Zn的比例,采用热注入法合成了一系列不同发射波长的Zn_(1-x)Cd_xSe梯度合金量子点。然后,在Zn_(1-x)Cd_x Se梯度合金核上生长了一系列不同厚度的ZnS壳层。当ZnS壳层厚度为8个单层(monolayer,ML)时量子产率达到92%,且光化学稳定性好。单颗粒荧光数据显示ZnS壳层厚度为5 ML,8 ML和10 ML的ZnCdSe/ZnS核壳结构量子点处于亮态的时间均超过95%,为非闪烁量子点。最后,将所合成的量子点应用到了发光二极管中,研究了ZnS壳层材料及厚度对发光二极管性能的影响。实验结果表明,基于Zn_(1-x)Cd_xSe梯度合金量子点构筑的器件最大外量子效率达到8.5%,最大亮度为155,330 cd/m~2。而基于不同壳层厚度的ZnCdSe/ZnS核壳结构量子点构筑的器件最大外量子效率为14.7%,最大亮度为258,998 cd/m~2。(2)ZnCdSe/ZnSe和ZnCdSe/ZnSe/ZnS核壳结构量子点的合成及其发光二极管的构筑:采用连续离子层吸附法在Zn_(1-x)Cd_xSe梯度合金核上生长了ZnSe壳层和ZnS外壳层。紫外-可见吸收光谱及荧光光谱数据显示,随着壳层厚度的增加,荧光峰及吸收峰均发生蓝移,这表明在高温环境下,量子点的核与壳之间形成了合金界面层。而且合成的所有量子点的荧光量子产率均超过了90%,其中,ZnCdSe/ZnSe/ZnS核壳结构量子点的光化学稳定性更高。最后,将所合成的量子点应用到了发光二极管中。实验结果表明,基于ZnCdSe/ZnSe核壳结构量子点所构筑的器件最大外量子效率达到了20.5%,最大亮度为460,200 cd/m~2,且效率滚降较低。而基于ZnCdSe/ZnSe/ZnS核壳结构量子点所构筑的器件最大外量子效率高达22.0%,最大亮度为283,930 cd/m~2,效率滚降也更低。如此优异的器件性能主要归功于ZnSe壳层的生长,它可以降低空穴的注入势垒,促进载流子注入平衡,从而提高器件效率。而且,ZnS外壳层既可以提高量子点的稳定性,又不会影响电荷的注入。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O471.1;O657.3;TB383.1

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