量子点发光二极管的界面调控研究

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1、硕士学位论文量子点发光二极管的界面调控研究作者姓名钟镇基学科专业材料物理与化学指导教师彭俊彪教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月InterfaceEngineeringforQuantumDotLight-EmittingDiodesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:ZhongZhenjiSupervisor:PengJunbiaoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：NT383+.1学校代号：1

2、0561学号：201520114127华南理工大学硕士学位论文量子点发光二极管的界面调控研究作者姓名：钟镇基指导教师姓名、职称：彭俊彪教授申请学位级别：硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：光电器件物理论文提交日期：2018年04月10日论文答辩日期：2018年05月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：叶轩立委员：彭俊彪何志才兰林锋王磊摘要胶体量子点（colloidalquantumdot，简称QD）发光材料具有独特的发光波长尺寸依赖性、发光峰窄、色纯度高、荧光量子产率高以及化学稳定性强等优点，被广泛应用于

3、光电领域。其中，量子点发光二极管（Quantumdotlight-emittingdiodes,简称QLEDs）由于其具有优异的光电性能，包括寿命长、可溶液加工、生产成本低、柔性可弯曲、轻薄等特点，成为一种适用于制备大面积、广色域、超薄、柔性显示的新型显示材料。本论文以提高QLEDs器件性能为目标，重点研究QLEDs异质结界面的载流子行为，在此基础上通过采用界面修饰以及量子点原位配体修饰的方法，分别调节氧化锌（zincoxide，简称ZnO）和QD的载流子传输过程，有效地调控ITO/ZnO及ZnO/QD界面的电子注入行为，制备了基于CdSe/ZnS

4、和CdZnS/ZnS核壳结构量子点的红、绿、蓝三基色高效、高色纯度QLEDs。本论文主要研究以下两方面内容：针对倒装结构的宽带隙蓝光CdZnS/ZnSQLEDs中阴极电子注入困难以及ZnO表面缺陷影响光谱质量的问题，选取了一种水/醇溶性界面材料聚醚酰亚胺（Polyethylenimine,简称PEI）作为阴极界面调控层，同时实现了提高倒装结构蓝光QLEDs的电致发光效率、色纯度以及光谱稳定性的目标，使倒装结构蓝光CdZnS/ZnSQLEDs的最大电流效率(Luminescenceefficiency,简称LE)提高至2.5cd/A，最大外量子效率（

5、Externalquantumdotefficiency，简称EQE）提高至5.5%，提升超过50%。采用表面开尔文探针显微镜，研究了功能层表面电势变化，发现PEI阴极界面调控层可以有效降低阴极端的电子注入势垒，提高电子注入能力。同时，利用瞬态荧光光谱动力学方法，分析了界面动力学过程，发现PEI阴极界面可以有效地抑制量子点界面处的电子的自发转移过程，维持了量子点的电中性，提高激子辐射复合效率，进而提升了器件电致发光性能。更重要的是，通过研究PEI阴极界面对ZnO纳米颗粒电子传输层光电性质和成膜特性的影响，发现PEI阴极界面调控层具有钝化ZnO纳米颗

6、粒的表面氧空位缺陷的能力，抑制了发光器件中的电子被氧空位缺陷态的捕获，减少了ZnO缺陷态发光，提高了发光光谱的色纯度。结果证明，PEI界面可有效改善电致发光光谱稳定性，提高色饱和度，蓝光色坐标从（0.16，0.06）改善至（0.14，0.04），超过了美国国家电视制式规定的标准蓝光色坐标标准。此外，基于配体修饰的相关研究，利用含有氨基基团的短链乙醇胺配体对量子点薄膜进行的原位修饰，可以同时提升红、绿、蓝QLEDs的器件性能。红、绿、蓝QLEDs器件的最大外量子效率从15.2%，7.8%，5.5%分别提升至23.0%，9.7%，6.9%。其中，I红光

7、QLEDs器件的外量子效率超过目前文献报道的单层红光QLEDs最高外量子效率20.5%。主要机制是，一方面乙醇胺配体修饰的量子点薄膜改善了量子点薄膜光学特性，由于乙醇胺配体中的电子给体基团胺基有利于钝化量子点表面电子陷阱，将电子较好地限制在量子点内发光；另一方面，胺基与量子点表面之间存在电荷转移，形成偶极作用，改变QD的能级结构，从而改变了QD与金属氧化物（metaloxide，简称MO）接触界面的电子注入势垒，促进了载流子平衡，促使发光器件性能的提升。关键字：量子点发光二极管；异质结界面；能级；器件结构IIAbstractColloidalqua

8、ntumdots(CQDs)havebeenwidelyappliedinthefieldofoptoelectronic