基于石墨烯的量子点发光二极管器件的研究

量子点发光二极管器件（QD-LED）一般采用有机聚合物PEDOT作为空穴传输层。由于PEDOT的强酸性对ITO产生的腐蚀作用，聚合物的低耐热性和不稳定性，成为影响器件发光能效提高的原因之一。为了提高器件的能效，本项目创新性的提出基于石墨烯的QD-LED器件，研究石墨烯作为空穴注入层加入到QD-LED器件的特性。石墨烯的电中性可以防止强酸性PEDOT对ITO层产生的腐蚀作用，并阻挡ITO中的In元素进入有机层中；通过石墨烯对器件能带的调节作用，可以降低器件的开启电压；同时利用石墨烯极高的电荷迁移率，可以提高空穴的传输与注入速率，并加速电子与空穴的复合速率，最终实现量子点器件的发光效能的提高的目的。本项目基于石墨烯层的主要内容包括：1）基于石墨烯的QD-LED器件高能效的发光机理的研究；2）石墨烯作为空穴注入层空穴传输运机理的研究与实验论证；3）石墨烯层的制备以及厚度对QD-LED能效的影响。

面向国家解决能源问题的重大战略需求，具有耗电量少、寿命长、无污染等特点的固态发光和显示器件已经成为节能环保、发展低碳经济的重要手段之一，也是培育新的经济增长点，抢占战略性新兴产业制高点的关键。量子点发光二极管继承了半导体发光二极管和有机发光二极管的性能优势，对进一步实现高能效、高显色指数、高色饱和度和宽工作温度的照明和显示器件提供了重要的发展方向。.本项目针对量子点发光二极管器件中空穴传输速率慢，提高发光效率两个关键科学问题，提出采用能带匹配的新型空穴传输层材料，平衡量子点上注入的电子与空穴，提高量子点发光二极管工作能效，经过本项目三年的研究，主要研究内容如下：１）不断摸索合成条件和合成工艺，制备出高量子产率的红、绿、蓝三色量子点材料；2）通过颗粒尺寸的改变，制备出可调制的电子传输层材料，与不同能带的量子点材料进行匹配；3）通过石墨烯掺杂的PEDOT材料进行含量研究和能带分析，发现掺杂后空穴注入层价带位置下降0.66 eV，更加有利于空穴从注入层向量子点层的传输。因而，发光效率提高到4200 cd/m2，能效达到7.5 lm/W。由于红光量子点材料禁带宽度小，开启电压降低至1.6 V。.本项目将在量子点发光二极管器件的高效电光转换机理及采用能带可调式的载流子传输材料增强发光能效等方面取得创新性成果，为发展新型照明和显示技术探索新道路和提供技术支撑。