详情

国家新型显示技术创新中心印刷显示创新平台牵头单位广东聚华印刷显示技术有限公司工程师黄航通过文献阅读并供稿本公众号，文献内容如下：

胶体量子点由于其带隙可调，光谱窄，色饱和度高，可溶液制备等优点，在显示领域备受关注。近年来，随着QD材料和电荷传输材料以及器件结构的优化，QLED在亮度、发光效率和寿命方面得到稳步提高。

ZnO纳米粒子（ZnO NPs）作为一种电子传输材料，被广泛应用于QLED器件的电子传输层（ETL）中。由于从阴极到发光层的电子注入势垒比从阳极到发光层的空穴注入势垒小，而且ZnO纳米粒子的电子迁移率远大于空穴传输层的空穴迁移率。这些错配导致QD发光层中的电子-空穴传输不平衡，从而增加了激子非辐射复合和器件性能恶化的可能性。

增强QD发光层中载流子平衡的一种方法是抑制ETL中电子的输运。例如，为了减少电子从ETL注入到发光层，浙大彭笑刚和金一政教授等人在QD和ZnO NPs之间插入了一层6nm厚的PMMA层，从而制备了一个EQE为20.5%的高效率QLED[1]。但是在QD与ETL之间插入超薄的绝缘层，工艺控制难度较高，不利于工业化生产。因此，目前大部分的方法都是直接调控ZnO NPs的电子结构来达到平衡载流子的目的。

北京科技大学田建军教授等人在ZnO NPs中掺杂了Mg以降低电子迁移率，并且优化了不同的有机空穴传输材料及薄膜厚度来进一步匹配ZnMgO，达到调节QLED器件中载流子传输平衡的目的，实现了外量子效率超过21%的高效QLED[2]。

在QLED中，QD/ZnO之间的界面容易产生淬灭，从而降低器件效率。而产生淬灭的其中一个原因是由于电子容易从QD回传到ZnO。研究发现，掺杂Mg之后，ZnMgO的导带底能级高于ZnO，在一定程度上阻止了电子的回传，从而减少淬灭，提高器件效率。另外，ZnMgO具有比ZnO更低的电子迁移率，其电子电流更接近于空穴电流，从而载流子传输更加平衡。该研究中ZnMgO器件的效率和寿命比ZnO分别提高了200%和800%以上。

图1 ZnMgO与ZnO薄膜性能对比

图2 ZnMgO与ZnO器件性能对比

韩国顺天乡大学Chang-Kyo Kim教授等人引入了具有核/壳结构的ZnMgO NPs作为QLED的ETL[3]。他们在合成ZnMgO NPs的核心层之后，继续往前驱体溶液中添加Mg离子，新加入的Mg离子与前驱体溶液中剩余的Mg和Zn离子继续生长形成壳层，最终得到一种壳层Mg含量高于核心层Mg含量的核/壳结构ZnMgO NPs，为ZnO NPs的掺杂提供了一种思路。

图3 ZnMgO-based ETLs器件结构

实验结果显示，Mg的掺杂改变了ZnO NPs的电子结构和电子传递性能，降低了ZnO NPs的电子迁移率，而且具有更高Mg含量的壳层还能进一步降低电子迁移率，从而平衡器件载流子传输。作者对比了ZnO NPs，单一结构Zn0.9Mg0.1O NPs，核/壳结构ZnMgO NPs分别作为ETL的QLED器件性能，结果表明核/壳结构ZnMgO NPs的器件开启电压最小，效率最高，相比于单一结构的Zn0.9Mg0.1O NPs更有优势。

图4 ZnMgO-based ETLs器件性能对比

表1 不同ETL材料器件效率对比

ETL材料 CEmax (cd/A) 效率增幅

ZnO NPs 21.2 0

单一结构Zn0.9Mg0.1O NPs 37.1 75%

核/壳结构ZnMgO NPs A 58.0 173.6%

核/壳结构ZnMgO NPs B 45.4 114.2%

暨南大学侯林涛与华中科技大学王磊教授等人介绍了一种使用乙醇胺（EA）来调节ZnO NPs的缺陷密度、电性能和形貌的方法[4]。通过在ZnO NPs中引入适当比例的EA，可以增加ZnO NPs的分散性，提高ZnO NPs薄膜的表面均匀性，钝化ZnO NPs的表面缺陷，并且适当地阻止了QLED 器件中的电子注入，从而改善载流子平衡，得到高效的QLED器件，其具有较低的开启电压1.75 V，较高功率效率52.3 lm/W，对应的外量子效率为28.6%。这项工作为调整电子传输和注入提供了一种简单有效的方法。

图5 不同EA掺杂比例器件性能

韩国庆熙大学Seong Jun Kang教授等人应用ZnMgO/ZnO双层ETL结构创建了一种阶梯式界面电子结构来改善电子注入与传输性能[5]。他们在ZnO和QD之间插入了一层ZnMgO，因此电子从Al电极注入到QD存在0.29eV的Al/ZnO和0.39eV的ZnO/ZnMgO两个能级势垒，这样的阶梯式能级势垒以及ZnMgO比ZnO更低的电子迁移率使得器件中电子-空穴注入和传输更加平衡。另一方面，由于ZnMgO的缺陷态密度比ZnO小，在QD与ZnO之间插入ZnMgO，能够减少QD与ETL的界面缺陷，减少界面非辐射复合，从而进一步提高器件性能。

图6 ZnMgO/ZnO双层ETL器件结构及性能

[1] Xingliang Dai, Zhenxing Zhang, Yizheng Jin, et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots. Nature. 2014; 515(7525): 96-99. DOI:10.1038/nature13829

[2] Cheng Chunyan, Sun Xuejiao, Yao Zhiwei, et al. Balancing charge injection in quantum dot light-emitting diodes to achieve high efficienciy of over 21%. Sci China Mater 2022; 65(7): 1882–1889. DOI: 10.1007/s40843-021-1976-9

[3] Ye-Bin Eun, Gyeong-Pil Jang, Ji-Hun Yang, et al. Performance Improvement of Quantum Dot Light-Emitting Diodes Using a ZnMgO Electron Transport Layer with a Core/Shell Structure. Materials. 2023; 16(2):600. DOI: 10.3390/ma16020600

[4] Hongting Chen, Ke Ding, Lianwei Fan, et al. Controlling electron transport towards efficient all-solution-processed quantum dot light emitting diodes. J. Mater. Chem. C, 2022; 10, 8373-8380. DOI: 10.1039/d2tc01182d

[5] Su Been Heo, Jae Seung Shin, Tae Yeon Kim, et al. Highly efficient and low turn-on voltage quantum-dot light-emitting diodes using a ZnMgO/ZnO double electron transport layer. Current Applied Physics. 2021; 29:107-113. DOI: 10.1016/j.cap.2021.07.001

（来源：本站，转载请注明出处）