吉林大(dà)學—利用超聲霧化噴塗技術制備高性能全無機量子點發光二極管

【引言】

照明和顯示的研究是關系到國防需求和國計民生(shēng)重要行業。目前，半導體(tǐ)電(diàn)緻發光主要分(fēn)爲三個方向：第一(yī)代的基于Ⅲ-Ⅴ族半導體(tǐ)的電(diàn)緻發光（LED）；第二代的基于有機半導體(tǐ)材料薄膜的電(diàn)緻發光（OLED）以及第三代的基于無機半導體(tǐ)量子點（如CdS，CdSe，ZnSe，CuInS2等）薄膜的電(diàn)緻發光（QLED）。其中(zhōng)，無機LED和OLED在照明、顯示等方面一(yī)定程度上實現了商(shāng)業化，而新興的QLED仍處在研發階段。但是由于QLED及量子點材料的許多獨特的優勢，如材料發光顔色從近紅外(wài)到可見波段連續可調、窄的發光線寬、高的發光效率（量子效率高達90%以上）、極好的光穩定性和簡單的低成本溶液加工(gōng)處理等，能夠彌補上述技術在面光源照明、高性能顯示應用中(zhōng)的不足，成爲産業界廣泛關注的下(xià)一(yī)代技術。

值得關注的是，基于量子點背光源技術的液晶顯示器已經成功走向商(shāng)業化。然而，目前電(diàn)緻發光的QLED大(dà)都基于有機、無機雜(zá)化的器件結構。而有機材料的對水氧極其敏感，因此對器件的制備及後期封裝提出了嚴格的要求，增加了器件的制備成本。因此，尋求性能更加穩定的無機材料作爲電(diàn)荷傳輸層是解決上述挑戰，推動QLED市場化的關鍵。


【成果簡介】

近日，吉林大(dà)學物(wù)理學院張漢壯（通訊作者）、紀文宇教授課題組與該校電(diàn)子學院謝文法（通訊作者）教授課題組合作，利用超聲霧化噴塗技術，制備了迄今爲止性能最佳的全無機量子點電(diàn)緻發光器件（QLEDs）。


與普通的旋塗工(gōng)藝相比，超聲噴塗技術具有三大(dà)優勢：一(yī)是其節省材料。對于普通的旋塗工(gōng)藝，在旋塗過程中(zhōng)超過90%的材料被浪費(fèi)掉了，而噴塗工(gōng)藝中(zhōng)的材料利用率幾乎爲100%。二是噴塗工(gōng)藝可以實現大(dà)面積器件的制備，而旋塗技術則不行。這就使得旋塗技術無法應用到工(gōng)業化生(shēng)産中(zhōng)。三是普通旋塗技術無法對器件進行掩膜從而實現像素點的制備，而噴塗技術完全可以兼容掩膜的工(gōng)藝。而且目前有很多工(gōng)藝技術用以提高此技術中(zhōng)的掩膜質量，這是成功制備高質量顯示器件的最爲關鍵的技術環節。總之，噴塗技術是一(yī)種低成本、高效的基于溶液法的薄膜制備工(gōng)藝，有望在将來的工(gōng)業化生(shēng)産中(zhōng)得到應用。
在之前所報道的全無機器件中(zhōng)，量子點發光層被直接沉積在NiO空穴傳輸層上。由于溶液法（或磁控濺射）制備的NiO中(zhōng)存在大(dà)量的缺陷，使得與之直接接觸的量子點的發光很大(dà)程度的發生(shēng)了淬滅。鑒于此，紀文宇等人提出引入溶液法處理的Al2O3作爲中(zhōng)間層修飾NiO空穴傳輸層，抑制了NiO對量子點的淬滅。該報道中(zhōng)，全無機器件電(diàn)流效率達到20.5cd/A，亮度超過20000 cd/m2。相比之前所報道的器件，該器件的效率及亮度均有兩個數量級的提高。此外(wài)，全無機QLED器件壽命達到8000小(xiǎo)時。這是世界上首次對全無機QLED器件的壽命進行的報道。這對全無機QLED器件的發展起到了極好的推動作用，使人們看到了利用全無機QLED作爲平台制備基于量子點的電(diàn)緻發光照明及顯示器件的巨大(dà)前景。雖然該報道中(zhōng)隻進行了綠光器件的制備，但是對于其他顔色器件，如紅光和藍(lán)光，利用此種工(gōng)藝制備器件也是切實可行的。盡管如此，目前全無機器件在各方面性能上，尤其是器件壽命方面與傳統的有機、無機雜(zá)化的QLED器件還有很大(dà)的差距。研究人員(yuán)正在從材料和器件兩方面進行深入的研究，最近，他們通過對電(diàn)荷傳輸層的優化，使得器件的性能得到了進一(yī)步的提高。

上述進展得到了國家自然科學基金委項目的支持。該課題組一(yī)直從事QLED的相關研究工(gōng)作，近5年來，發表學術論文34篇(其中(zhōng)第一(yī)/通訊作者24篇)。該成果被美國化學學會進行了專門報道）。

【小(xiǎo)結】

研究人員(yuán)利用超聲霧化噴塗技術，制備了迄今爲止性能最佳的全無機量子點電(diàn)緻發光器件（QLEDs）。該器件電(diàn)流效率達到20.5cd/A，亮度超過20000 cd/m2。相比之前所報道的器件，效率及亮度均有兩個數量級的提高。此外(wài)，全無機QLED器件壽命達到8000小(xiǎo)時。這項研究對全無機QLED器件的發展起到了極好的推動作用，使人們看到了利用全無機QLED作爲平台制備基于量子點的電(diàn)緻發光照明及顯示器件的巨大(dà)前景。