华南理工：ZnO纳米粒子掺杂改善量子点LED性能！

内容简介

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

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)