磷光敏化的溶胶量子点发光二极管及其增强电致发光性能研究

Phosphorescent sensitizer has been widely investigated and applied in organic light-emitting diodes (OLEDs) and organic photovoltaic cells (OPVs). Colloidal quantum dots and flourescence dyes have much similar performance. The short lifetime of excitons generated in carrier transporting materials of quantum dot light-emitting diodes (LEDs) leads to incompletely energy transfer from organic host materials to quantum dots in organic charge-transporting layer/colloidal quantum dot multilayer devices and reduces luminescence efficiency of quantum dot LEDs. This project aims at introducing phosphorescent sensitizer into the design of colloidal quantum dot LEDs and enhanced electroluminescence to in order to realize highly efficient quantum dot LEDs. The key research is focus on fabricating phosphor-sensitized quantun dot LEDs based on phosphorescent molecules doped charge-transporting layer/colloidal quantum dot multilayer structures and phosphorescent molecules and colloidal quantum dot codoped single-layer structures, respectively, and manipulating energy transfer from phosphorescent molecules to colloidal quantum dots and recombination emission of quantum dots. In addition, we will disscuss those factors effecting on energy transfer and performance of phosphorescent sensitized quantum dot LEDs, such as, phosphorescent molecule doping concentration, film thickness and morphology of phosphorescent molecules, exciton lifetime and diffusion length of phosphorescent molecules, structures and thickness of quantum dot shell, surfae functional molecules and film morphology of quantum dots, and so on.

磷光敏化原理在有机发光二极管(OLED)和有机太阳能电池(OPV)中获得广泛研究和应用，溶胶量子点与荧光染料分子有很多类似的性质，针对溶胶量子点发光二极管(LED)中电荷传输层激子寿命短，导致有机电荷传输层/溶胶量子点叠层器件结构中有机主体材料能量转移不完全，严重影响胶体量子点LED的发光效率。本课题拟将磷光敏化原理引入到溶胶量子点发光二极管的设计中，研究磷光敏化的溶胶量子点发光器件及其增强电致发光原理，以期实现高效率量子点LED。重点研究磷光分子掺杂电荷传输层/溶胶量子点叠层结构和磷光分子与溶胶量子点共掺杂的单层结构的磷光敏化量子点LED，调控磷光分子到溶胶量子点间的能量转移和量子点激子复合发光。此外，分析磷光分子的掺杂浓度、薄膜厚度与形貌、磷光激子寿命与扩散长度、量子点的壳层结构与厚度和表面功能分子及量子点薄膜形貌等因素对能量转移过程和磷光敏化量子点LED性能的影响。

磷光敏化原理在有机发光二极管（OEDs）和有机太阳能电池（OPVs）中获得广泛研究和应用，针对溶胶量子点发光二极管(QLEDs)中电荷传输层激子寿命短，导致有机电荷传输层/溶胶量子点叠层器件结构中有机主体材料能量转移不完全，严重影响QLEDs的发光效率。本项目将磷光敏化原理引入到QLEDs的设计中，研究磷光敏化的QLEDs发光器件及其增强电致发光，实现高效率QLEDs。重点研究了溶液加工的磷光分子敏化多层结构的QLEDs：采用正交溶剂法，将磷光分子掺杂到空穴传输层PVK中，然后旋涂量子点活性层和ZnO空穴传输层制备磷光敏化的QLEDs；研究了磷光分子掺杂PVK浓度和掺杂层厚度等对磷光敏化QLEDs器件性能的影响，对于Ir(ppy)3:PVK的磷光敏化和空穴传输层，20nm厚的Ir(ppy)3(10%):PVK层的红光QLEDs的最大外量子点效率和最大发光效率分别从纯PVK的5.1%和6.9cd/A提高到14.2%和18.9cd/A，最大发光亮度也从纯PVK的9000cd/m2增强到14500cd/m2；瞬态光物理分析认为红光QLEDs性能提升与磷光分子Ir(ppy)3到量子点间的界面Förster能量转移有关。其次，研究了镁掺杂氧化锌电子传输材料的制备及其在QLEDs中的应用：采用水热法合成镁掺杂氧化锌（MgxZn1-xO）代替ZnO作为QLEDs的电子传输层（ETLs），通过优化Mg掺杂比例来调控ZnO的电子迁移率和氧空位数量， 从而有利于QLEDs的电子与空穴平衡注入以及减小量子点与ETLs界面激子淬灭，结果发现10%的Mg掺杂ZnO能有效提升QLEDs器件性能。此外，还将热激活推迟荧光材料（TADF）引入到空穴传输层中，利用其长的激子寿命实现从TADF分子到量子点间的能量转移，开发出了高性能的TADF敏化的QLEDs。