摘要
胶体量子点作为一种新颖的半导体纳米材料，其具有许多独特的光学性质，例如发光效率高、发射光谱可调、发射光谱窄、光稳定性好等。这些优异的性质是量子点得以在显示技术中应用的重要前提。近三十年来，随着材料和器件结构的优化，量子点发光二极管（QLED）在显示和照明领域中受到了广泛关注。迄今为止，QLED在红、绿、蓝三种原色上都获得了优异的性能，其外量子效率（EQE）均达到了理论极限值（约20%），红光QLED的最大亮度可达614000cd/m2。在目前报道的性能优异的QLED中，大多数采用有机-无机杂化的器件结构：由无机金属氧化物作为电子传输层（ETL），有机材料作为空穴传输层（HTL），量子点作为发光层（EML）。在常见的金属氧化物中，ZnO具有出色的电子注入及传输能力，使得利用其作为ETL的器件具有最佳效率性能。然而，由于ZnO具有水氧敏感性，从而使得利用其作为ETL的QLEDs存在稳定性差的问题，这大大限制了QLED走向商业化的进程。 SnO2作为一种典型n型半导体，其具有高的电子迁移率以及更好的稳定性。理论上，将SnO2纳米粒子（NP）作为ETL可以获得更好的器件性能。目前，虽然已经有一些关于SnO2作为QLED的ETL的报道，但器件性能普遍低于基于ZnOETL的QLED的性能。这源于对SnO2薄膜光电特性缺乏理解及优化，从而阻碍了基于SnO2的QLED的进一步发展。因此，本论文详细研究了SnO2NP薄膜的电学特性及利用其作为ETL的QLED的性能。论文的研究工作主要分为以下三个部分： （1）探究了SnO2NP薄膜的电荷传输机制。通过测试不同温度下SnO2NP薄膜的电学特性，证实其电荷传导机制为Mott变程跳跃，即电子在不同SnO2NPs之间的传输是通过表面缺陷态进行的，而不是通过纳米晶体的导带，这与常用的ZnONP薄膜的传输机制相同，但SnO2NP薄膜中的态密度要远低于ZnO薄膜的态密度。此外，我们证明SnO2与ZnO薄膜具有相似的电子迁移率。基于这些结果，我们推断：与ZnO相比，SnO2NP薄膜中低的态密度是造成基于SnO2的QLED性能较差的关键因素。 （2）通过降低SnO2NP薄膜表面粗糙度提高QLED性能。通过简单且高效的溶剂蒸汽热退火工艺对SnO2NP薄膜进行后处理，减少了薄膜在退火过程中纳米粒子的聚集，降低了薄膜的粗糙度，提高了由SnO2到量子点电子的注入效率。和常规退火处理的SnO2相比，基于溶剂蒸汽退火处理的SnO2的器件的亮度从22770cd/m2提高到30900cd/m2，提高了35%。电流效率从6.7cd/A提高到10.8cd/A，提高了61%。这使得基于SnO2的器件和基于ZnO的器件的性能相当。与此同时，基于ZnO的器件在空气中存放24h后，出现了一些暗点。相比之下，基于SVA-SnO2的器件在储存108h后才可以观察到一些暗点。因此，基于SnO2的器件表现出优异的存储稳定性。 （3）针对ZnO的电导率强和SnO2的电导率较弱的特性，我们制备了以SnO2、SnO2/ZnO和ZnONP薄膜为电子传输层的QLEDs，通过对比三种器件的性能，探究了双电子传输层薄膜的特性。实验表明，基于SnO2/ZnO的QLED的电流介于基于ZnO的器件和基于SnO2的器件的电流之间。这说明双电子传输层可以有效地解决QLED中ZnO电子注入过剩和SnO2电子注入不足的问题，使得器件中的载流子注入更加平衡。因此，基于SnO2/ZnO双电子传输层的QLED性能得到了明显提高，其最高电流效率达到了13.4cd/A，比基于SnO2ETL的QLED的电流效率高100%，比基于ZnOETL的QLED的电流效率高12.4%。这说明双电子传输层的设计可以取代传统的ZnOETL，从而实现更高效的QLED。
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