《ACS AMI》：纳米粒子电子传输层在空气暴露对QLED效率的影响

来自波兰弗罗茨瓦夫理工大学等单位的研究人员报道了空气暴露对ZnMgO纳米颗粒（NPs）的光学和电学性质的影响，这些纳米颗粒通常用作Cd基量子点发光二极管（QLED）中的电子传输层。分析了空气组分对ZnMgO纳米颗粒电性能的影响，发现水分能减少空穴泄漏，而氧气能捕获电子，改变电荷输运特性。结果表明，量子点层的电荷平衡得到了改善。在亮度为104cd/m²时，最大外量子效率提高了2倍以上，达到9.5%。相关论文以题目为“Effect of Air Exposure of ZnMgO Nanoparticle Electron Transport Layer on Efficiency of Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”发表在ACS Applied Materials Interface 期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c01898

胶体量子点发光二极管（QLED）以其优异的性能在光电工业中引起了广泛的关注，特别是在色纯度、亮度和发射可调性方面，使其成为显示和照明技术的候选器件。尽管最先进的器件在效率和稳定性方面都达到了优异的性能，一些论文报道了器件在运行和存储过程中的异常行为，包括正老化、器件测试过程中的电流和亮度不稳定、空穴传输层（HTL）退化。

最近，封装作为水或有机酸等不需要的化学部分的潜在来源也受到了广泛关注。例如，有人提出，树脂和ZnMgO电子传输层（ETL）之间的化学反应产生的水污染是影响器件寿命的关键因素。一些作者指出ZnMgO与Al的自发界面反应是老化过程的主要原因，而另一些作者认为ZnMgO的空位减少是一个可能的原因。最近，一种更复杂的现象，如电阻开关，即电场诱导的氧空位迁移，这是ZnMgO的固有特性，已被研究为可能有害于操作稳定性。从可扩展QLED制造的角度来看，QLED的露天制造是非常理想的。因此，环境测试是光电器件研究的重要组成部分。QLED通常是在化学惰性气体气氛（N₂或Ar₂）中制备的。

但是最近，空气暴露对ZnO纳米颗粒（NPs）性能的影响已经开始成为人们关注的焦点。例如，湿空气中吸附的水分被认为是理解QLEDs老化过程的关键。特别是，H₂O减少了ZnO表面活性中心的数量，从而减少了器件中的空穴泄漏。

在本文中，作者阐述了短时间空气暴露对QLED性能的影响，并试图描述水和氧是如何改变ZnMgO层的电输运的。我们还研究了量子点和ZnMgO纳米颗粒的光学性质，并从量子点层的电荷平衡来解释器件的工作。分析了高温超导中的电子泄漏问题。最后，进行了稳定性测试，并讨论了露天制作QLEDs的局限性。（文：爱新觉罗星）

图1.（a）正在研究的QLED的结构和（b）能带图(c）显示ZnMgO处理差异的方案。

图2.（a）J−V−L和（b）EQE−ZnMgO-ETL暴露5h后QLED的J特性−在潮湿空气（空气）或惰性气氛（N2）下处理10分钟(c）对应设备的EQE统计(d）从QLED像素测量的电压依赖性PL强度。

图3.（a）暴露于干燥或潮湿空气中的ZnMgO NPs的FTIR光谱(b）干湿空气处理ZnMgO纳米颗粒的XPS光谱(c）溅射Al层ZnMgO纳米颗粒的PL光谱。插图显示了在紫外光照射下暴露在湿空气中的ZnMgO/Al结构的照片以及相应QLED的电致发光(d）纯空穴器件（HOD）和纯电子器件（EOD）的J-V特性。

图4.（a）用湿空气处理ZnMgO层和不处理ZnMgO层的器件在不同初始亮度下测得的QLED寿命(b）低量程（0−3.3 V）和高量程（0−6 V）用于湿空气处理的装置(c）光致发光衰减和相对PLQYs（插图）测量相同的设备老化后，在3伏的设备不同的时间。