福州大学研究团队用离子液体工程电子传输层实现高性能量子点LED

量子点发光二极管(QLEDs)具有高色纯度、宽色域和可调谐的发射波长等特殊性能，使其成为下一代显示器和固态照明的有力竞争者。在QLEDs的传统p-i-n结构中，QD层夹在空穴传输层(HTL)和电子传输层(ETL)之间，通过电子和空穴的复合实现电致发光。由于ZnO纳米颗粒具有高导电性、优越的空穴阻塞能力和良好的能带对准性，是高性能QLED器件中最常用的ETL。与空穴注入的物质屏障相比，ETL表现出更合适的能级排列，导致发射层内载流子的明显不平衡。此外，ZnO NPs表面存在大量的表面缺陷和表面羟基，作为电荷捕获中心，导致QDs/ETL界面出现激子猝灭。非辐射复合产生的热效应是影响器件稳定性退化的关键因素。

　　在界面工程方面，已经做出了很大的努力来提高设备的性能。在量子点和ZnO ETL之间插入一层超薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)绝缘层，有可能减轻多余电子的积累。在此之后，对QLEDs的一系列界面修饰进行了探索，包括插入叔丁基二甲基硅氧烷-改性聚(对苯苯-双恶唑)，聚乙烯亚胺，和Al2O3。插入超薄层将量子点和ETL分开，可以解除激子猝灭的纠缠，阻碍电子注入的速率。必须认识到，尽管绝缘层的厚度是调制电子注入的附加变量，但即使厚度的微小变化也会导致电子注入速率的相当大的波动。

　　另一种策略涉及修改ZnO NPs的特性，因为它们的电子电导率和能级可以通过掺杂各种金属离子来操纵。例如，具有可调带隙的mg掺杂ZnO (ZMO)薄膜已被用作高性能QLEDs的组成部分。也可以掺杂其他金属元素来调节电子注入能力，包括Li， Al, Sn,和In。当引入Mg离子时，阳离子与氧原子之间的强键降低了氧空位(OV)形成的可能性，导致自由电子减少，电子电导率降低。Al3+ 或In3+ 的掺杂通常通过增加电子浓度来增强ZnO的n型电导率。相反，掺杂引入空穴的金属离子将诱导ZnO的p型导电性。此外，通过优化浓度、掺杂方式、合成条件等不同参数，降低ZnO纳米粒子的俘获中心，也可以提高器件性能。同时，阳离子掺杂可以使导带最小值(CBM)发生位移，使阴极与ETL之间形成适度的势垒。然而，由于高表面体积比导致的表面缺陷，这些金属氧化物NPs不能完全消除界面激子淬火。此外，与激子猝灭相关的热效应是不可忽略的，热量的积累加速了器件的退化和失效，大大降低了器件的稳定性。因此，为了实现高效稳定的QLED器件，调控ZnO纳米粒子的能级和最小化表面缺陷至关重要。令人惊讶的是，由于ZnO-离子液体(IL)杂化膜在其他器件中的有效应用，与其他可以结合到ZnO NPs表面的化学物质相比，为实现上述目标提供了另一种解决方案。

　　福州大学李福山、胡海龙等人引入离子液体添加剂来构建ZnO纳米粒子的杂化ETL。由于静电相互作用和氢键作用，离子液体倾向于锚定在ZnO NPs的缺陷位点上。这种修饰改善了量子点的表面性质，优化了量子点与ETL之间的界面，从而降低了非辐射复合的概率。此外，添加剂调节ZnO NPs的能带结构，导致ETL/阴极界面的势垒升高，从而降低电子注入水平。所得到的QLEDs实现了26.71%的最大外量子效率(EQE)和5140小时的长寿命(T95@1000 cd m-2 )。这种简单的方法为制造高效率和长工作寿命的QLEDs提供了一种可行的方法。

编辑：严志祥