無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)材料具有寬吸收、窄發(fā)射、高色域、高亮度、光穩(wěn)定性好、可低成本溶液加工等優(yōu)良性質(zhì)。基于量子點(diǎn)的電致發(fā)光二極管（QLED）在下一代平板顯示及照明技術(shù)中具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前，高效的QLED結(jié)構(gòu)為雜化結(jié)構(gòu)，即以ZnO納米粒子作為電子傳輸層（ETL）、有機(jī)小分子或聚合物作為空穴傳輸層。QLED的外量子效率已達(dá)到20% 的理論值。盡管如此，器件中仍然有諸多問(wèn)題需要進(jìn)一步攻克。

在常規(guī)的QLED器件中，載流子通常由電極注入到電荷注入層，進(jìn)而注入到量子點(diǎn)發(fā)光層，最后形成激子。這就對(duì)電極與電荷注入層之間的電學(xué)匹配提出很高的要求。通常需要?dú)W姆接觸才能使得器件具有最優(yōu)的性能。此外，該界面對(duì)器件的穩(wěn)定性也起著至關(guān)重要的作用，尤其是在柔性器件中，電極和功能層之間很容易剝離從而導(dǎo)致器件失效。

電荷產(chǎn)生層（charge-generation layer，CGL）為我們帶來(lái)了一個(gè)解決方案。電荷產(chǎn)生層通常由P型和N型半導(dǎo)體組成，當(dāng)器件工作時(shí)，在電場(chǎng)的作用下CGL可以產(chǎn)生空穴-電子對(duì)，這使得載流子可以無(wú)需跨越電極到電荷注入層的能級(jí)勢(shì)壘，從而使得電荷注入不依賴(lài)電極材料。

2022年，吉林大學(xué)紀(jì)文宇團(tuán)隊(duì)在柔性QLED器件中引入了3，4-乙烯二氧噻吩與聚苯乙烯磺酸鹽的混合物（PEDOT∶PSS）和ZnO構(gòu)成的CGL，器件的彎曲穩(wěn)定性得到極大的改善，在彎折200次以上時(shí)柔性器件仍表現(xiàn)出完好的電致發(fā)光特性。但是，在這一工作中所用的PEDOT∶PSS具有較強(qiáng)的酸性，會(huì)對(duì)電極及ZnO膜層造成損壞，這反而對(duì)器件的穩(wěn)定性尤其是存儲(chǔ)穩(wěn)定性造成了影響。鑒于此，該團(tuán)隊(duì)利用氧化鎢和氧化鋅雙無(wú)機(jī)層構(gòu)筑電荷產(chǎn)生層并應(yīng)用于具有倒置結(jié)構(gòu)的QLED器件，獲得了良好的光電性能，為電荷產(chǎn)生層的應(yīng)用提供了新的選擇。

該文章以“基于無(wú)機(jī)電荷產(chǎn)生層的量子點(diǎn)電致發(fā)光器件”為題發(fā)表于《發(fā)光學(xué)報(bào)》（EI、Scopus收錄，中文核心期刊），并被選為當(dāng)期封面文章。

圖1：（a）常規(guī)QLED結(jié)構(gòu)示意圖；（b）基于CGL的QLED結(jié)構(gòu)示意圖；（c）ITO/WO?（x nm）/ZnO（30 nm）/Al器件電流密度‐電壓特性曲線(xiàn)；（d）CGL的電荷產(chǎn)生效率隨電壓變化特性。

通過(guò)CGL的電流測(cè)試表明CGL與各電極界面為歐姆接觸，且具有優(yōu)秀的電荷產(chǎn)生能力，電荷產(chǎn)生效率接近100%（圖1）。

圖2：（a）基于ZnO及CGL的QLED的電流密度-電壓-亮度特性；（b）QLED的電流效率隨驅(qū)動(dòng)電壓變化曲線(xiàn)；（c）QLED的電容隨驅(qū)動(dòng)電壓變化；（d）QLED在驅(qū)動(dòng)電壓為4 V時(shí)的電致發(fā)光光譜。

QLED器件的電學(xué)測(cè)試表明，基于電荷產(chǎn)生層的QLED器件具有優(yōu)異的電學(xué)性能，氧化鎢的引入對(duì)器件的工作電流幾乎沒(méi)有影響，且器件的電流效率都有所提高。器件的電致發(fā)光光譜與量子點(diǎn)的光致發(fā)光光譜一致，說(shuō)明激子的生成區(qū)域也沒(méi)有受到影響。而基于CGL的器件具有更大電容，這是由于CGL具有電荷存儲(chǔ)效應(yīng)（圖2）。

圖3：（a）瞬態(tài)電致發(fā)光測(cè)試中脈沖電壓示意圖；在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓為4 V時(shí)，不同器件的瞬態(tài)電致發(fā)光響應(yīng)：（b）全譜，（c）上升沿，（d）下降沿特性。

圖4：在驅(qū)動(dòng)脈沖電壓為4 V時(shí)，器件在不同偏置電壓下的瞬態(tài)電致發(fā)光響應(yīng)。器件的電子注入部分的結(jié)構(gòu)分別為：（a）WO?（5nm）/ZnO（30nm），（b）WO?（10nm）/ZnO（30nm），（c）WO?（20 nm）/ZnO（30 nm），（d）ZnO。

通過(guò)電容測(cè)試和瞬態(tài)電致發(fā)光光譜測(cè)試（圖3），揭示了電荷產(chǎn)生層的工作機(jī)制：由于CGL具有大的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，在器件的工作過(guò)程中，CGL中存儲(chǔ)的電荷可以實(shí)現(xiàn)到器件的快速注入，從而導(dǎo)致器件電致發(fā)光的過(guò)沖現(xiàn)象。通過(guò)控制瞬態(tài)測(cè)試中的偏置電壓（圖4），器件的過(guò)沖現(xiàn)象受到顯著的影響，這進(jìn)一步驗(yàn)證了這一理論。

在這一工作中，利用氧化鎢/氧化鋅電荷產(chǎn)生層結(jié)構(gòu)制備了高效QLED器件，通過(guò)優(yōu)化氧化鎢厚度，器件效率得到顯著提升。同時(shí)揭示了電荷產(chǎn)生層的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)。這一現(xiàn)象所導(dǎo)致的過(guò)沖過(guò)程使QLED器件在快速響應(yīng)器件中具有很大的應(yīng)用潛力。

| 論文信息 |

戰(zhàn)勝，劉佳田，張漢壯，紀(jì)文宇. 基于無(wú)機(jī)電荷產(chǎn)生層的量子點(diǎn)電致發(fā)光器件[J]. 發(fā)光學(xué)報(bào), 2022, 43(10):1469-1477.

https://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220240

| 通訊作者 |

紀(jì)文宇，博士，教授，博士生導(dǎo)師，2010年于吉林大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事半導(dǎo)體納米材料（量子點(diǎn)）薄膜物理、發(fā)光器件的研究。
E?mail：jiwy@jlu.edu.cn

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