CuOx作為空穴注入層在量子點發(fā)光二極管中的應用.pdf

1、在過去二十年中，為了有效利用量子點的高色純度，高光致發(fā)光量子產(chǎn)率和光物理穩(wěn)定性，量子點發(fā)光二極管已得到廣泛研究。在傳統(tǒng)的QD-LEDs器件中，作為空穴注入層材料的PEDOT:PSS，具有較高的透過率，較高的功函以及良好的載流子傳輸性能。然而，PEDOT:PSS的酸性和吸濕性極易腐蝕 ITO電極，影響器件的發(fā)光顯示性能及穩(wěn)定性。為解決該問題，多種材料被用來替代PEDOT:PSS。其中，過渡金屬氧化物，如WO3、MoO3、NiO、CuOx和

2、V2O5等，由于具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的載流子遷移率而受到廣泛的關注。在這其中，銅的氧化物（CuOx）作為典型的p型半導體材料，在提高空穴注入方面具有一定優(yōu)勢，并成功的在太陽能電池領域得到應用。CuOx膜的制備方法較豐富，如真空沉積法、化學合成法、溶液法等。其中溶液法制備工藝簡單、成本低，便于在全溶液法QD-LEDs中應用。
　　本論文主要圍繞溶膠凝膠法制備CuOx薄膜及其在QD-LEDs器件中的應用展開工作。設計基于CuOx空穴

3、注入層的多種器件結(jié)構，研究CuOx具有的空穴注入能力。進一步設計CuOx/PEDOT:PSS疊層復合結(jié)構，平衡器件中的載流子濃度。同時，復合結(jié)構減少對ITO的腐蝕，增加器件的穩(wěn)定性。本論文將從以下三個方面開展工作：
　?。?）CuOx薄膜的溶膠凝膠法制備及其表征。采用乙酰丙酮銅作為前驅(qū)體材料，氯苯為溶劑，通過溶膠凝膠法制備 CuOx薄膜。分析表明，選取不同濃度的前驅(qū)體溶液成膜，其粗糙度均相對較小，有效填補了ITO電極的表面缺陷，使

4、其表面光滑平整，并且具有相當高的透過率。結(jié)構表征顯示，CuOx薄膜的表面化學成分不是單一的，而是一價銅與二價銅的混合物，確保了CuOx為p型半導體，適合用作空穴注入層材料。
　?。?）以 CuOx薄膜作為空穴注入層，設計如下 QD-LEDs器件結(jié)構：ITO/CuOx/TFB/QDs/ZnO/Al。優(yōu)化膜厚度、退火溫度、UV-O3處理時間等實驗參數(shù)，不同條件下的處理能夠改變膜表面的化學組成及形貌，經(jīng)優(yōu)化可得到合適的Cu+:Cu2+比

5、例和價帶位置，提高空穴注入效率，從而提高器件的性能。最終得到最高亮度為27860 cd/m2、最大電流效率為11.34 cd/A、最大功率效率為5.74 lm/W的QD-LEDs器件。同時，通過UPS的表征發(fā)現(xiàn)：CuOx的加入，能夠影響TFB的能級位置，降低了空穴注入勢壘，使空穴注入更加方便，從而使器件性能得到提高。
　?。?）設計CuOx/PEDOT:PSS復合結(jié)構作為空穴注入層用于QD-LEDs器件，優(yōu)化實驗參數(shù)，提高器件性能

6、，并研究相關機理。將CuOx插入在ITO與PEDOT:PSS之間，一方面CuOx能夠填補ITO表面的缺陷，使得PEDOT:PSS在較為平整的表面上成膜，得到更加光滑平整的薄膜；另一方面，由于CuOx的價帶頂位于ITO與PEDOT:PSS之間，可形成“階梯化”能級，減小空穴注入勢壘，使空穴注入更加方便，進一步提升空穴和電子在發(fā)光層的復合幾率。經(jīng)復合結(jié)構優(yōu)化的器件，最高亮度可達60200 cd/m2，與標準器件相比，提高約24％。器件的電流