详情

近年来，为了满足人们对于显示产品高色彩饱和度和高色纯的需求，量子点发光二极管（QLED）成为显示领域的重点研究对象。而相比于 OLED技术，与其结构相似的QLED技术，即量子点材料的电致发光应用，除了同样是主动发光技术外，还具有发光光谱窄、可溶液法生产、产品更节能、使用寿命更长等优势。

QLED发光过程包括四个步骤：

1.载流子的注入；

2.载流子的传输；

3.激子的形成；

4.激子发生辐射跃迁，产生发光。

载流子注入指电子和空穴在电压下克服界面间的势垒，注入到下一层功能层中，通常镉系量子点材料的价带能级与有机空穴传输材料的HOMO能级之间有较大的势垒，导致空穴注入量子点发光层比电子困难。载流子传输指载流子在注入各功能层后，在电场的帮助下进行传输。由于有机材料没有连续的能带结构，电荷在有机材料中的传递是以“跳跃”的方式在能级中传递，因此有机材料的载流子迁移率较无机半导体低1-2个量级。由于以上两个电荷注入和传输方面的问题，在QLED中常出现发光层中载流子不平衡的问题。因此，解决空穴注入难和材料迁移率不同导致的载流子不平衡问题，提升QLED的性能成为量子点发光领域中一个重要的研究方向。

文献与讨论

对于器件的电平衡调整，相关研究人员进行大量的工作，Lin[1]等人采用双层PVK和PTAA作为双层HTL材料，这里主要目的是为提高HTL空穴传输效率和降低空穴注入势垒，阻断电子溢出，降低驱动电压，并且作者还通过控制两者的掺杂比例优化器件性能。

图1 器件（A：HTL为PVK，B:HTL为PVK:PTAA=3:1,C: HTL为PVK:PTAA=2:1, D: HTL为PVK:PTAA=1:1, E: HTL为PVK:PTAA=1:2）性能

图2 不同HTL的AFM图和C-AFM图。(a)(f)为PVK，(b)(g)为PVK:PTAA=3:1, (c)(h)为PVK:PTAA=2:1, (d)(i)为PVK:PTAA=1:1, (e)(j)为PVK:PTAA=1:2

图1中显示掺杂有PTAA的HTL材料比只有一层的PVK材料的器件性能要好，最佳比例为是PVK：PTAA（2：1）,作者首先采用UPS计算出随着PTAA含量增加HOMO能级逐渐加深，这样更有利于空穴注入QD层，但是AFM图2看出，PTAA含量为1：1之后，薄膜粗糙度变化最大，这里最佳器件掺杂含量为PVK：PTAA（2：1）。

Wu[2]等人采用插层遂穿的方法来促进空穴的注入，文章首先说明由于空穴质量大，空穴的迁移率一般低于电子的迁移率，另外，当电流从电极注入时，电流既横向流动又纵向流动，而QLED器件的长度厚度比非常大(>5000:1)，使得空穴难以注入，空穴容易在界面处形成拥堵。器件性能较差，其改善方法是在HTL层中分别插入一层，两层和三层的氧化钼，氧化钼的插入会提高器件的亮度，效率和寿命，这里最佳器件性能是插入两层氧化钼的器件中。插入氧化钼器件性能的原因是氧化钼的插入使得空穴发生带隙隧穿过程。促进空穴在垂直方向的注入，从而改善HTL中的横向电流扩展。不仅避免了电流拥挤，还提高了CBP薄膜的空穴输运能力，有助于平衡ETL和HTL的电导率。另外，作者还对氧化钼的厚度进行了优化，随着氧化钼厚度增加，器件电流，亮度增加，但是透光率下降，当器件电流过大时，随着电流的增加，对器件会产生电场辅助激子解离，以及在较高电流密度下过度加热等因素的退化，所以综合来看，当HTL层中插入两层1nm的氧化钼层作为新的空穴传输层的器件性能最佳如图3。

图3 MoO3厚度从0.5nm-3nm器件性能

 a) J–V, b) L–V, c) CE–L–EQE, and d)厚度-透光率曲线

Yang[3]等人主要是采用有机电子传输层取代氧化锌作为电子传输层，促进器件的载流子平衡，氧化锌作为电子传输层主要有两个问题，第一是氧化锌稳定性较差对环境中的化学物质极度敏感，另外氧化锌容易导电子从QD转移而导致淬灭，这里选择与QD导带接近并且迁移率较高的三个有机材料分别制备成为器件，器件性能的J-V曲线中看出电子注入势垒还是TmPPPyTz大于氧化锌，但是器件效率最佳出现在TmPPPyTz，这里主要归于载流子的平衡，另外，与电学平衡相对比，PL在R-QDs/ETL界面上的猝灭对器件性能也有重要影响。这主要是由于当有机ET与QD接触时候，LUMO能级比QD的导带要浅得多，使得电子不容易从QD层转移到有机ETL层，从而减小了淬灭。

图4 瞬态PL光谱

图4中从瞬态PL光谱测试中看出氧化锌作为ETL层由于自发的电子转移而导致PL发生明显的淬灭，对比有机ETL平均激发寿命和PLQY从22.3 ns和49.4%下降到17.9 ns和41.0%。Qu[4]等人针对蓝色量子点器件中电子注入势垒较高的情况插入宽带隙的LiF层作为界面修饰层以增加电子的遂穿电流，促进电子注入到蓝色QD层，同时LiF层的引入可以阻止QD层与氧化锌层的直接接触，从而PL在抑制QD层和氧化锌层界面处的淬灭，文章中首先对插入LiF的厚度进行优化，分别沉积1/2/3nm，随着LiF的插入器件的亮度和效率都有显著的提升，并且LiF的插入能够明显改善器件的漏电流，器件性能方面，LiF厚度为2nm时候，器件性能最佳。构造LiF夹层时，激子寿命延长到3.70ns，比没有LiF夹层的器件激子寿命提高了两倍；制备的器件寿命也比没有LiF插入的器件寿命提升了两倍。

总结

关于QLED器件的电平衡，我们还能做的工作有很多，具体如下：

第一、继续发展高迁移率，良好成膜性，抗QD溶剂的新HTL材料；

第二、优化Mg，PVP在氧化锌中的掺杂量，对ETL膜层致密性，表面粗糙度，电子迁移率进行系统研究；

第三、对传输层界面层进行修饰；

第四、高空穴注入能力和良好成膜特性的HIL材料引入；

第五、稳定的QD壳结构及稳定的配体结构优化对载流子的传导性。

参考文献

[1] Xin Lin, Xiaoming Wu, Jiajin Zheng. Enhanced performance of green perovskite quantum dots light-emitting diode based on co-doped polymers as hole transport layer[J].IEEE 2019: 0741-3106 (c).

[2] Qianqian Wu, Fan Cao, Haoran Wang. Promoted Hole Transport Capability by Improving Lateral Current Spreading for High-Efficiency Quantum Dot Light-Emitting Diodes[J]. Adv. Sci. 2020, 2001760.

[3] Liuqing Yang, Xuefei Li, Qingqing Yang. High-Performance Red Quantum-Dot Light-Emitting Diodes Based on Organic Electron Transporting Layer[J]. Adv. Funct. Mater. 2020, 2007686.

[4] Xiangwei Qu，Nan Zhang，Rui Cai. Improving blue quantum dot light-emitting diodes by a lithium fluoride interfacial layer[J]. Appl. Phys. Lett. 114, 071101 (2019).

（来源：本站，转载请注明出处）