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物理学院张汉壮、纪文宇教授课题组与电子学院谢文法教授课题组合作在全无机量子点电致发光器件(QLEDs)上取得进展
发表于: 2017-04-28 15:07  点击:1113

    近日,物理学院张汉壮、纪文宇教授课题组与电子学院谢文法教授课题组合作在全无机量子点电致发光器件(QLEDs)上取得重要进展,所制备的全无机量子点电致发光器件的性能为目前国际上的最佳值。该成果被美国化学学会进行了专门报道。详见:http://cen.acs.org/articles/95/web/2017/04/Sprayprocess-creates-bright-efficient-LEDs.html

 

成果简介如下:

    照明和显示的研究是关系到国防需求和国计民生重要行业。目前,半导体电致发光主要分为三个方向:第一代的基于Ⅲ-Ⅴ族半导体的电致发光(LED);第二代的基于有机半导体材料薄膜的电致发光(OLED)以及第三代的基于无机半导体量子点(如CdS,CdSe,ZnSe,CuInS2等)薄膜的电致发光(QLED)。其中,无机LED和OLED在照明、显示等方面一定程度上实现了商业化,而新兴的QLED仍处在研发阶段。但是由于QLED及量子点材料的许多独特的优势,如材料发光颜色从近红外到可见波段连续可调、窄的发光线宽、高的发光效率(量子效率高达90%以上)、极好的光稳定性和简单的低成本溶液加工处理等,能够弥补上述技术在面光源照明、高性能显示应用中的不足,成为产业界广泛关注的下一代技术

    值得关注的是,基于量子点背光源技术的液晶显示器已经成功走向商业化。然而,目前电致发光的QLED大都基于有机、无机杂化的器件结构。而有机材料的对水氧极其敏感,因此对器件的制备及后期封装提出了严格的要求,增加了器件的制备成本。因此,寻求性能更加稳定的无机材料作为电荷传输层是解决上述挑战,推动QLED市场化的关键。

    近日,我校物理学院张汉壮、纪文宇教授课题组与电子学院谢文法教授课题组合作,利用超声雾化喷涂技术,制备了迄今为止性能最佳的全无机量子点电致发光器件(QLEDs)(ACS Photonics 2017, DOI:10.1021/acsphotonics.7b00216)。

    与普通的旋涂工艺相比,超声喷涂技术具有三大优势:一是其节省材料。对于普通的旋涂工艺,在旋涂过程中超过90%的材料被浪费掉了,而喷涂工艺中的材料利用率几乎为100%。而是喷涂工艺可以实现大面积器件的制备,而旋涂技术则不行。这就使得旋涂技术无法应用到工业化生产中。第三是普通旋涂技术无法对器件进行掩膜从而实现像素点的制备,而喷涂技术完全可以兼容掩膜的工艺。而且目前有很多工艺技术用以提高此技术中的掩膜质量,这是成功制备高质量显示器件的最为关键的技术环节。总之,喷涂技术是一种低成本、高效的基于溶液法的薄膜制备工艺,有望在将来的工业化生产中得到应用。

    在之前所报道的全无机器件中,量子点发光层被直接沉积在NiO空穴传输层上。由于溶液法(或磁控溅射)制备的NiO中存在大量的缺陷,使得与之直接接触的量子点的发光很大程度的发生了淬灭。鉴于此,纪文宇等人提出引入溶液法处理的Al2O3作为中间层修饰NiO空穴传输层,抑制了NiO对量子点的淬灭。该报道中,全    无机器件电流效率达到20.5cd/A,亮度超过20000 cd/m2。相比之前所报道的器件,该器件的效率及亮度均有两个数量级的提高。此外,全无机QLED器件寿命达到8000小时。这是世界上首次对全无机QLED器件的寿命进行的报道。这对全无机QLED器件的发展起到了极好的推动作用,使人们看到了利用全无机QLED作为平台制备基于量子点的电致发光照明及显示器件的巨大前景。虽然该报道中只进行了绿光器件的制备,但是对于其他颜色器件,如红光和蓝光,利用此种工艺制备器件也是切实可行的。尽管如此,目前全无机器件在各方面性能上,尤其是器件寿命方面与传统的有机、无机杂化的QLED器件还有很大的差距。我们课题组正在从材料和器件两方面进行深入的研究,最近,我们通过对电荷传输层的优化,使得器件的性能得到了进一步的提高。

    上述进展得到了国家自然科学基金委项目的支持。改课题组一直从事QLED的相关研究工作,近5年来,发表学术论文34篇(其中第一/通讯作者24篇)。

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