自然氧化铝阴极(Al:Al2O3)——提升蓝光量子点电致发光二极管性能的新思路

稳定、高效的光源是人类文明程度的重要标志之一。发光二极管(LED)作为更加明亮、节能、健康的第四代光源,引领着当代的照明革命,更因其在平板显示领域的巨大潜力引起了广泛的关注。II-VI族半导体胶体量子点(QDs) 具有优越的量子产率、色纯度与光色可调性,是制备LED器件的理想材料。从1994年加州大学的Alivisatos等首次研制出胶体量子点LED(QD-LED)以来,量子点电致发光器件在材料设计、器件结构、制备工艺等方面都有了长足的进步,相关物理机制的挖掘与探讨也愈加深入。然而,红绿蓝三基色之一的蓝色QD-LED的器件性能明显劣于绿色与红色器件。较大的带隙引起电荷注入困难,能量损失途径增多,最终影响到了蓝光QD-LED的效率。加之人类视觉对于蓝光的不敏感,高性能蓝光QD-LED的开发面临着更高的要求与更大的挑战。

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近期,华北电力大学谭占鳌课题组发现了部分自然氧化铝阴极(Al:Al2O3)对于蓝光LED中电子注入的显著促进作用,并基于此制备了性能优良的蓝光QD-LED器件。该器件中利用广东普加福光电科技有限公司开发的ZnCdS/ZnS核壳结构量子点作为发光材料,Al:Al2O3阴极则利用真空蒸镀的疏松铝薄膜经可控的自然氧化工艺制备而成。在采用电子传输层缺省的简易结构中,QD-LED器件的亮度仍可达13000 cd/m2,最高电流效率1.1 cd/A,并且有着457 nm的电致发光峰与20.8 nm的半峰宽,展现出纯净的深蓝发射光,并在大面积器件中也表现出令人满意的发光效果。时间分辨荧光分析的结果揭示了Al:Al2O3阴极相对于纯铝阴极,能够有效提升电子注入的强度。这是由于铝薄膜经过自然氧化后功函数大幅降低,使得量子点/阴极的界面由肖特基接触转变为了欧姆接触,填平了电子注入的巨大势垒。单载流子器件的电流密度-电压曲线则展现出Al:Al2O3阴极对于空穴漏电流的抑制作用,证实了器件中更强的激子的陷域与有效复合。这种Al:Al2O3阴极制备工艺简单、价格低廉、空气稳定性良好,为QD-LED中电子注入层/阴极的制备提供了新的思路;并易于推广到其他的器件结构,有着较强的现实意义。

本工作相关成果发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201700035)上,并于当期Back Cover做简要介绍。

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