《全無機半導體量子點發光二極體及其光譜可控性研究》是依託天津大學，由趙俊亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：全無機半導體量子點發光二極體及其光譜可控性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙俊亮
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在開發新型高效率全無機量子點LED器件並實現LED的光譜可控性。採用ZnO基薄膜作為LED的電子傳輸層，重點研製具有優異空穴傳輸性能的p型CuAlO2與SnO薄膜，替代現有研究中的NiO薄膜作為LED空穴傳輸層，提高量子點的載流子注入效率與LED的發光效率。同時，採用低成本II-VI族膠體量子點作為LED的發光層，最佳化量子點的製備工藝與結構設計改進LED的發光效率。另一方面，深入分析量子點LED的電注入發光機理，研究發光光譜與量子點結構之間的內在關聯，通過改變發光層中量子點的尺寸與材料組分，實現LED光譜在整個可見光範圍內的可控性，研製出紅、綠、藍三基色無機量子點LED。在此基礎上通過不同尺寸量子點混合或者量子點－雙量子阱複合體系作為發光層，試製無機量子點白光LED器件。本項目的研究內容為國際學術界關注的前沿課題，對推動我國半導體照明與光電顯示的基礎研究與產業化進展具有重要意義。
結題摘要
本項目採用低成本的熱化學合成工藝，製備出高結晶質量、尺寸均勻可控、發光性能優異的II-VI族核殼複合結構量子點材料，包括CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS等。在此基礎上，針對II-VI族量子點的Cd毒性，我們進一步研製出基於III-V/II-VI族集成的InP/ZnS核殼量子點材料。通過控制量子點中InP與ZnS的摩爾比，實現了發光光譜在整個可見光範圍內的連續調控。本項目所研製的納米晶量子點材料光致發光量子效率最高可達70%，同時發光線寬可低達38nm，具有非常優異的發光性能。以InP/ZnS量子點為發光層，採用有機載流子傳輸材料，製備出ITO/PEDOT:PSS/poly-TPD/QDs/TPBi/LiF/Al結構的量子點LED器件，器件呈現出較強白光電致發光，光譜覆蓋整個可見光範圍，其中紅色發光部分來源於InP/ZnS量子點，藍綠色發光來源於poly-TPD有機層的發光。我們所開發的量子點白光LED器件具有非常優異的顯色性能，顯色指數（CRI）高達91，發光強度達270 cd/m2。在此基礎上，針對有機半導體材料的環境穩定性問題，本項目進一步研究了採用無機氧化物薄膜作為量子點LED的載流子傳輸層，其中電子傳輸層選用ZnO薄膜，空穴傳輸層則研究了多種材料，包括NiO、WO3、MoO3以及CuAlO2薄膜。實驗結果表明，MoO3/NiO複合空穴傳輸層與傳統NiO傳輸層相比，空穴注入效率顯著改善，採用複合空穴傳輸層的量子點LED發光強度提高100倍以上。然而，由於氧化物傳輸層器件中電子與空穴傳輸存在不平衡現象，制約了全無機結構量子點器件的發光效率。據此，本項目創新性的提出以ZnO為電子傳輸層，以WO3/聚三苯胺(poly-TPD)為有機/無機複合空穴傳輸層，綜合有機半導體的高空穴注入效率與無機氧化物的優異穩定性，研製出高效率量子點LED器件，發光強度高達21300cd/m2，光電轉換效率達4.4cd/A，開啟電壓低於3V，器件綜合性能達國際先進水平。此外，本項目還研究了多種基於寬禁帶氧化物基發光器件，包括ZnO納米陣列/CuAlO2異質結紫外電致發光器件，以及Ga2O3/Si異質結髮光器件。本項目執行期間發表學術論文13篇，其中SCI收錄11篇，申請中國發明專利1項，培養博士研究生2名，碩士研究生3名。
