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Juddy-QDs

木虫 (正式写手)

[交流] QLED器件中载流子传输层材料知识分享已有6人参与

QLED的发光原理是电子和空穴经由载流子传输层注入到发光层进行辐射复合发光。器件结构中载流子传输层主要是电子传输层(ETL)和空穴传输层 (HTL);载流子传输层材料的载流子迁移率和能级结构直接决定了载流子注入的效率和平衡以及对反向载流子的阻挡效果,对QLED的发光效率起着至关重要的作用。
       在QLED中,ETL的作用主要有两个方面,一方面是和阴极之间形成很小的势垒,有利于电子注入,另一方面能够有效阻挡空穴,防止漏电流产生。在选择电子传输层材料时,要保证材料的最低未占有分子轨道(LUMO)能级和阴极功函数相匹配,同时具有较高的电子迁移率,使电子能够有效注入。
       有机电子传输层材料热稳定性较差,在氧气和潮湿环境下易降解,且薄膜的制备工艺复杂,一般不能采用溶液制备,同时有机材料的电子迁移率一般为10-6-10-4 cm2/(V•s),载流子传输能力较差。
       无机电子传输材料(如ZnO、TiO2和SnO2等宽禁带的金属氧化物半导体)热稳定性及抗腐蚀性远远优于有机材料,且可通过旋涂制膜,具有导电性好、透明度高等优势,已经被广泛应用于QLED的研究。

      无机电子传输层材料电子迁移率和铝电极间势垒差                 
Material            电子迁移率cm2/(V•s)        与Al电极间势垒差(eV)
TiO2                   10-4                                      0.4
Alq3                    10-5                                      1.2
ZnO                    2×10-3                                 <0.4

       ZnO具有宽带隙、高光学透明度、化学和热稳定性好、载流子浓度高、电子传输速率快等特点,是理想的电子传输层材料,同时ZnO NPs可溶于非极性溶剂(如氯仿)和极性溶剂(如丙酮和异丙醇),这对于多层旋涂沉积来说,溶剂选择的灵活性是一个很大的优势,可以有效避免不同材料之间互溶。ZnO作为电子传输层提高了电子的注入效率,使器件的载流子辐射复合效率升高,器件表现出高环境稳定性,另外ZnO与TiO2混合作为电子传输层对QLED的寿命比单独ZnO作为ETL大幅度的提升。
       研究合成的ZnO NPs发现,随着粒子粒径由5.5nm减小到2.9nm,ZnO的电子迁移率由7.2×10-4 cm2/(V•s)增加到4.8×10-4 cm2/(V•s)。
       通过掺杂Al、In、Ga、Mg等元素来提高ZnO的电子传输效率。增加ZnMgO合金中的Mg的原子数分数,合金的导带会随着Mg原子数分数上升而越来越接近真空能级,ZnO、Zn0.95Mg0.05O和Zn0.9Mg0.1O分别作为电子传输层制备了QLED,发现Mg的加入降低ZnO的电子迁移率和导电性,但是因ZnMgO合金的导带底得到了提升,更加接近真空能级,量子点发光层与电子传输层间的势垒相差较小,电子更容易注入发光层,器件表现出更高的电流密度和亮度。Zn0.9Mg0.1O与Zn0.95Mg0.05O相比,Cd/A和EQE降低,主要原因是载流子注入不平衡引起的荧光淬灭所致。
       通过引入表面改性层可改善无机电荷传输层和发光层界面处的载流子传输,提高器件效率。在ZnO薄膜表面引入PEIE薄层,PEIE将ZnO的功函数从3.58eV降低到2.87eV,促进电子注入到QDs层;通过在电子传输层ZnO表面旋涂乙醇胺薄层,有助于沉积均匀的发光层,促进电子传输到发光层,提高激子产生效率,使器件的发光亮度和电流效率都大幅提升。

      QLED是电子主导型器件,电子和空穴注入不平衡,造成器件产生漏电流,同时过量的电子使量子点带点,导致非辐射的俄歇复合发生,引起荧光淬灭。为了改善这种情况,需要提高空穴的传输效率,因此用于空穴传输层的材料必须具备良好的空穴迁移率,同时要具有合适的能级,保证空穴高效传输且能有效阻挡电子。

    空穴传输层材料的能级参数和空穴迁移率               
Material              HOMO/LUMO(eV)              空穴迁移率cm2/(V•s)

TFB                      5.3/2.3                                1×10-2
PVK                      5.8/2.2                                2.5×10-6
TCTA                    5.7/2.4                                1×10-5
TPD                      5.4/2.3                                1.1×10-5
Poly:TPD               5.2/2.3                                1×10-4
CBP                      6.0/2.9                                1×10-3

      在PVK中混合TCTA、TPD、CBP作为空穴传输层,TCTA可以改善PVK的空穴传输能力。
      为了提高空穴的注入效率,常在器件中引入空穴注入层,从而形成能级阶梯,促进空穴注入。PEDOTSS为最常用的有机聚合物空穴注入层材料,沉积在ITO上,可以把ITO的功函数从-4.7eV降低至-5.0eV,同时降低了ITO表面的粗糙度以及针孔导电性。可以通过加入表面活性剂降低液体表面张力,明显增强  PEDOTSS溶液的润湿性,减小与下层材料间的接触角,使得薄膜均匀平整,从而获得更为均一的电流。但是PEDOTSS溶液吸湿性及酸性,久置会腐蚀ITO电极,导致器件寿命缩短,且PEDOTSS热稳定性差,影响器件的稳定性,采用无机金属氧化物可以避免这些问题,常用的替代PEDOTSS作为空穴注入层的无机材料有:MoOx、WOx、NiO和CuO。
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踏剑云游123

新虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
这么巧,一搜帖子又是你的哈哈

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2楼2018-06-22 21:52:13
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willbuilder

木虫 (著名写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
谢谢lz科普,希望lz再多介绍些qled的细节。现在的qled和oled谁会最终占领市场?
博观约取,厚积薄发
3楼2018-06-23 10:22:14
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Juddy-QDs

木虫 (正式写手)

引用回帖:
3楼: Originally posted by willbuilder at 2018-06-23 10:22:14
谢谢lz科普,希望lz再多介绍些qled的细节。现在的qled和oled谁会最终占领市场?

哈哈哈,互相学习相互交流;现在主流观点都是中小尺寸的显示OLED有优势,毕竟商业化成熟度已经可以了,但是在大尺寸上良率很低,QLED会占有一定份额的市场,但是新技术新材料的革新会给人类显示事业注入新的活力呢

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Quantum Dots(给我送朵小红花吧)
4楼2018-06-24 08:34:25
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陈陈陈1115

新虫 (初入文坛)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
请问 楼主怎么合成ZnO?用什么方法?可否详细告知。最近在做这个。合成的颗粒太大 分散性太差了。求指导。
5楼2018-09-12 20:22:08
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zhangdi137

新虫 (小有名气)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
非常感谢您的分享,请问研究QLED,需要使用哪些专业软件呢,我现在大四,以后读研就是这个方向,想提前熟悉一下
didididi
6楼2018-11-02 17:43:57
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sunny1925

银虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
请问  量子点发光层可否掺杂一些空穴传输聚合物材料
7楼2018-11-05 16:59:31
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luojian88

新虫 (正式写手)


小木虫: 金币+0.5, 给个红包,谢谢回帖
请问TFB的空穴迁移率有1×10-2 cm2/(V•s), 这么高吗?岂不是比ZnO 的2×10-3 cm2/(V•s)还高?那用ITO/PEDOTSS/TFB/QD/ZnO/Al 这个器件结构,是不是空穴传输能力比电子传输能力要好?请大神帮忙分析一下。
寻求技术支持
8楼2018-11-30 11:31:41
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Juddy-QDs

木虫 (正式写手)

引用回帖:
8楼: Originally posted by luojian88 at 2018-11-30 11:31:41
请问TFB的空穴迁移率有1×10-2 cm2/(V•s), 这么高吗?岂不是比ZnO 的2×10-3 cm2/(V•s)还高?那用ITO/PEDOTSS/TFB/QD/ZnO/Al 这个器件结构,是不是空穴传输能力比电子传输能力要好?请大神帮忙分析一 ...

迁移率是一个理论参考值,这个数量级是没有问题的;但是相对于EML来说ETL材料的价带导带比较合适,HTL的HOMO/LUMO需要考虑,尤其是QDs的价带比较深,对HTL的HOMO能级要求比较高,不能单纯的从迁移率角度考虑;QLED器件需要像你这样的科学家

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9楼2018-12-03 07:53:19
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