利用超声雾化喷涂制备高性能全无机量子点电致发光器件的研究

Quantum dot light emitting devices (QLEDs), due to their high color purity, narrow emission (full width at half-maximum (FWHM) <30 nm) and solution processes, have been extensively investigated for potential applications in full-color flat-panel displays or as low power consumption solid-state lighting sources. At present, the performance of all inorganic QLED is lower than that of devices based on organic or organic/inorganic charge transporting layer, especially for the luminance and efficiency. But the all inorganic QLED is desirable due to the unique stability and photoelectric properties of metal oxide charge transporting layer, such as NiO, ZnO, and TiO2. Here, we will build inorganic QLEDs with ultrasonic spray processes， investigating the effect of the shell outside QDs and modification of NiO surface on the photoluminescence quenching of QDs, exploring the role of localized surface plasmon resonant (LSPR) and scattering induced by Au@SiO2 or Ag@SiO2 nanoparticles in exciton dynamics and light outputting in QLED. This work will explore the mechanism of the interaction between NiO and QDs and technology to build efficient inorganic QLED containing metal nanoparticles. All the results obtained by successfully implementing this project will bring significant scientific significance and application value and accelerate the process of commercialization.

量子点电致发光器件（QLED）具有高的色彩饱和度、窄的发光线宽及低成本溶液加工等优点使得其在平板显示及固态照明方面有着巨大的应用潜力。鉴于无机金属氧化物材料极高的稳定性，利用其作为电荷传输层的全无机QLED的研究变得极其迫切和重要。本项目将利用超声雾化喷涂成膜技术制备全无机QLED，重点研究量子点壳层结构及NiO空穴传输层表面的修饰对量子点发光过程的影响，探究在电荷传输层（NiO、ZnO、TiO2等）中引入SiO2包覆的金属纳米粒子后局域表面等离子体及光散射效应对QLED中激子的发光动力学过程及光取出效率的调控，揭示NiO与量子点相互作用机理及量子点发光淬灭的物理机制，探索利用SiO2包覆的金属纳米粒子制备高性能QLED的工艺，实现大面积、低成本、高性能的各色全无机QLED的成功制备。本项目的成功实施对推全无机QLED的实用化具有显著的科学意义和应用价值。

量子点材料及QLED具有许多独特的优势，如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、极好的光稳定性和低成本溶液加工处理等，使得QLED被业界认为是具有巨大应用潜力的新一代照明、显示技术。本项目中，我们采用具有合金核/壳界面结构的厚壳层的“巨型”量子点作为发光层，以抑制NiO空穴传输层表面缺陷对量子点的发光淬灭几率。另外，本着“界面即器件”这一理念，从界面修饰方面开展了大量的研究工作。对于基于NiO的全无机QLED器件，我们研究证实了全无机器件中造成量子点发光淬灭的物理机制为量子点的充电效应，之后引入Al2O3作为修饰层钝化NiO空穴传输层表面缺陷，利用超声雾化喷涂技术制备了高效的全无机QLED。在这一工作中，我们一方面证实了超声雾化喷涂技术在制备大面积QLED方面的适用性，另一方面，器件的性能创造了记录，并第一次报道了全无机器件的寿命(超过8000小时)，相比已有报道的结果，该器件的效率及亮度均有两个数量级的提高。此外，利用原子层沉积技术在NiO表面修饰1nm的Al2O3薄膜，使得器件电流效率达到34.1 cd/A，外量子效率为8.1%。