基于空穴传输层调控增强量子点发光二极管性能研究

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量子点(Quantum dots,QDs)具有荧光量子产率高,发光光谱窄,发光光谱可调等优点,在显示等领域具有广阔的应用前景。特别的,QDs可采用印刷技术制备低成本、大面积的自发光型量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,QLED)显示屏,有望发展成为大尺寸电视的主流技术之一。要成为商业化的技术,需要进一步提升QLEDs的效率和寿命。目前许多QLEDs中都存在电子注入强于空穴的问题,限制了器件效率和寿命。因此,通过对电荷传输层调控,尤其是对空穴传输层(Hole transport layer,HTL)的调控来提升性能是QLED领域的重要课题之一。首先,本文研究了在单空穴传输层QLED器件中将小分子与聚合物空穴传输材料共混对器件性能的影响。在倒装器件中,将高空穴迁移率小分子TAPC与聚合物PVK物理共混,作为红光QLED的空穴传输层,来优化器件性能。研究发现,当PVK:TAPC=2:1(质量比)时,器件的启亮电压从标准器件(仅PVK作HTL)的4.0 V降至2.4 V;最大电流效率(CEmax)高达19.26 cd/A,较标准器件提升了50%;最大功率效率(PEmax)从5.18 lm/W大幅提升至16.72 lm/W;器件寿命也有较大提升。这主要归因于空穴注入的提升,在红光器件中实现了载流子平衡。随后,将PVK:TAPC(2:1)应用于倒装绿/蓝光QLEDs。结果显示,随着发光层从红光变为绿光,之后改为蓝光QDs,采用这种物理共混的空穴传输层相比于各自的未掺比器件(仅PVK作HTL),启亮电压均有大幅度下降,但器件的电流效率提升幅度呈下降趋势。这归结于红绿蓝三种量子点能带结构的差异,导致对应QLEDs的载流子平衡态所需的电子、空穴注入密度不同。在正装器件中,引入较深HOMO能级的TAPC、26DCzPPy、TCTA这三类小分子材料,与聚合物poly-TPD物理共混。研究结果显示,基于poly-TPD:26DCzPPy:TAPC(10:1:1,质量比)的器件相较于未掺比器件(仅poly-TPD作HTL),CEmax提升了14%,PEmax提升了21.1%。而基于poly-TPD:TCTA的器件与未掺比器件相比,性能几乎没有提升。这主要是因为poly-TPD的空穴迁移率较高,引入小分子后对空穴注入提升不大。其次,本文研究了在双空穴传输层QLED器件中将蓝光磷光小分子与PVK共混对器件性能的影响。采用强极性的1,4-二氧六环为PVK溶剂,氯苯为poly-TPD溶剂,由于正交溶剂效应,避免了沉积PVK时对下层poly-TPD的侵蚀,制备了形貌良好且具有阶梯势垒能级的poly-TPD/PVK双空穴传输层(co-HTLs),增强了空穴注入。进一步地,通过在PVK中掺杂蓝光磷光小分子FIrpic,构建了一种同时具有深HOMO能级和敏化性质的复合空穴传输层。当PVK:FIrpic=10:2(质量比)时,采用poly-TPD/PVK:FIrpic co-HTLs的红光QLED的CEmax达到了18.7 cd/A,对应的外量子效率为13.1%,几乎是标准器件(仅poly-TPD作HTL)的2倍,与采用poly-TPD/PVK的co-HTL器件相比也有近20%的性能提升。一系列的光物理测试表明PVK:FIrpic(10:2)充当了QDs的敏化剂,它们之间发生了高效的非辐射能量转移,是QLED性能进一步提升的主要原因。
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