《河南大学》 2019年
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基于壳层调控制备高质量ZnCdS蓝色发光量子点和发光二极管

王欧阳  
【摘要】:半导体量子点(QDs)由于其具有发射光谱连续可调、色纯度高、荧光量子产率高以及易于合成制备等优点在发光器件领域受到了极大的关注。与有机发光二极管相比,量子点发光二极管具有色域范围更广,热稳定性和色彩稳定性更高,寿命更长等优势,在发光器件领域占据了重要地位。高效率发光的QLED需要高质量的量子点,目前常用于的量子点均为核壳结构,且大部分是基于CdS,CdZnS,CdZnSeS,ZnSe的核壳结构。由于量子限域效应,纳米晶尺寸越小,其能隙宽度越大,其发光波长越短。传统的二元量子点只能通过调控尺寸来调节其发光范围,而当量子点小于2 nm时,其稳定性极差,且不利于外延生长壳层来钝化表面。对于合金量子点,可以通过调控量子点尺寸和组分的双重手段来调控量子点的发光波长,更容易获得高质量的蓝色发光量子点。蓝色QLED器件性能差的原因主要有三个方面。第一,目前常用于蓝色QLED发光层的量子点均为核壳结构,其在结构上存在电荷注入困难的瓶颈;第二,蓝色QDs的最高占据分子轨道(HOMO)能级较绿色和红色的低,导致在空穴传输层(HTL)和QDs表面有较大的能量势垒;第三,在不同波长的发光光源的发射功率相同时,人眼感觉到光辐射的强度是不同的,蓝光较红色和绿色显示出较低的发光效率。第三点是主观因素,提高器件性能的措施重点在于前两点。在本文中我们将通过调控壳层材料,改善蓝色量子点自身结构的方法,改善ZnCdS/ZnS核壳结构量子点目前存在的不足,制备出高质量的蓝色量子点。这不仅对于量子点的合成有重要意义,还有助于提升蓝色QLED的性能。本论文主要研究内容如下:(1)通过组分调控,设计合成荧光量子产率大于90%的ZnCdS/ZnS蓝色量子点。采用相同成核方法,通过引入梯度合金中间壳层Cd_xZn_(1-x)S,制备高质量的ZnCdS/Cd_xZn_(1-x)S/ZnS深蓝色量子点,对合金壳层中Cd的含量x值进行优化,研究其对量子点的发光强度、寿命、量子产率等光学性能以及形貌结构的影响。实验结果表明,ZnCdS/Cd_xZn_(1-x)S/ZnS量子点在较高的温度下外延生长时能够保持较好稳定性,且具有良好的单分散性、较高的光致发光量子产率和较高的色纯度(FWHM18 nm)。当x=0.225时,ZnCdS/Cd_xZn_(1-x)S/ZnS的量子产率可接近100%,此时量子点的晶格失配最小,电子的波函数能够有效的局域在核内。(2)分别以ZnCdS/ZnS和ZnCdS/Cd_xZn_(1-x)S/ZnS量子点为发光层构筑蓝色QLED器件,通过对器件的亮度,电流密度,电流效率和外量子效率等性能参数进行一系列表征,研究Cd_xZn_(1-x)S合金中间层以及ZnS壳层厚度对QLED性能的影响。实验结果表明ZnCdS/Cd_xZn_(1-x)S/ZnS量子点具有良好的化学/光化学稳定性和更高效的载流子传输性能,Cd_xZn_(1-x)S外壳的存在对器件的外部量子效率和电流效率等性能产生了深刻的影响。基于该结构量子点所构筑的QLED器件的电流效率为3.4 cd A~(-1),EQE值超过18%,并且效率滚降较低。该量子点构筑的QLEDs之所以能取得如此优异的结果,可能是梯度合金层Cd_xZn_(1-x)S的存在有效的降低了量子点的晶格缺陷,使得量子点具有高的PLQY,同时也提高了器件的载流子注入效率,另外非常薄的ZnS最外层在对电子波函数进行有效限域的同时也没有影响QLEDs的电荷注入效率。
【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;TB383.1

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