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Juddy-QDs

木虫 (著名写手)

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[交流] QLED器件中载流子传输层材料知识分享已有7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。PEDOT