劉澤明， 徐建萍， 李霖霖， 張旭光， 董曉菲， 任鵬飛， 李 嵐

(天津理工大學(xué)材料物理研究所 光電器件與顯示材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市光電顯示材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300384)

?

聚合物/碳量子點(diǎn)復(fù)合EL器件及光譜移動機(jī)理

劉澤明， 徐建萍*， 李霖霖， 張旭光， 董曉菲， 任鵬飛， 李 嵐*

(天津理工大學(xué)材料物理研究所 光電器件與顯示材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市光電顯示材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300384)

制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/polyvinylcarbazole (PVK)/carbon quantum dots(CDs)/LiF/Al的電致發(fā)光器件。器件的發(fā)光光譜顯示：在電壓從7 V增大到13 V的過程中，光譜峰值從380 nm移動到520 nm，色坐標(biāo)由(0.20,0.20)移動到(0.29,0.35)。經(jīng)與PL光譜對比認(rèn)為，EL光譜包含了PVK與碳量子點(diǎn)的雙重貢獻(xiàn)，隨著電壓的增大，碳量子點(diǎn)的發(fā)射逐漸增強(qiáng)，PVK發(fā)光先增強(qiáng)后減弱。結(jié)合器件能級結(jié)構(gòu)討論了器件的發(fā)光機(jī)制，認(rèn)為低電場下的PVK兼具發(fā)光層和電子阻擋層的功能，EL光譜為PVK層和碳量子點(diǎn)的發(fā)光疊加；隨著電場強(qiáng)度的增大，碳量子點(diǎn)和PVK界面區(qū)的空間電荷阻止了電子向PVK的傳輸，光譜轉(zhuǎn)變?yōu)橛商剂孔狱c(diǎn)和激基復(fù)合物的共同貢獻(xiàn)。

碳量子點(diǎn)； 電致發(fā)光； 載流子傳輸

1 引 言

具有光譜調(diào)節(jié)功能的發(fā)光器件在景觀照明和環(huán)境渲染中有著廣泛的應(yīng)用。發(fā)光器件的光譜調(diào)控一般通過采用多色發(fā)光材料[1]或者控制電[2]、熱[3]等外界條件實(shí)現(xiàn)[4]，其中以電壓控制的光譜調(diào)控方案更易于實(shí)現(xiàn)微小像素面積內(nèi)顏色[2]、色溫[5]和亮度[6]的連續(xù)調(diào)控。在多層結(jié)構(gòu)的OLED中，利用材料的導(dǎo)電性質(zhì)差異和選擇不同的器件結(jié)構(gòu)，可以影響電場作用下的激子形成區(qū)域，從而調(diào)制器件的發(fā)光波長。2013年，趙永標(biāo)等[7]采用n-i-p-i-n結(jié)構(gòu)使激子在高、低電壓下分別在藍(lán)光發(fā)射層(FIrpic)和紅光發(fā)射層(Ir(2-phq)2-(acac))區(qū)域形成，實(shí)現(xiàn)了器件在電壓調(diào)控下由藍(lán)光到紅光的發(fā)射。

相對于已產(chǎn)業(yè)化的有機(jī)電致發(fā)光器件(OLED)，量子點(diǎn)電致發(fā)光器件除了具備發(fā)光材料種類豐富、結(jié)構(gòu)多樣、色彩豐富、制備工藝簡單及可柔性加工的特點(diǎn), 還可能解決OLED的壽命以及色純度等問題，是新一代的照明與顯示技術(shù)。2013年，彭曉剛等[8]報道了色彩飽和度和使用壽命超越目前OLED的CdSe、CdS紅光量子點(diǎn)發(fā)光器件。2015年，Han等[9]用CdZnSeS/ZnS量子點(diǎn)作為發(fā)光層和自組裝的Al2O3納米顆粒作為鈍化層覆蓋在器件表面，制備出在常規(guī)環(huán)境中抗水氧的量子點(diǎn)電致發(fā)光器件。

碳量子點(diǎn)又稱為熒光碳量子點(diǎn)、碳點(diǎn)，是一種新型的類球形尺寸在10 nm以下的碳納米顆粒。不同于傳統(tǒng)含有鎘、鉛等重金屬元素的半導(dǎo)體量子點(diǎn)，無毒和低成本可控制備的碳量子點(diǎn)具有無機(jī)量子點(diǎn)的能隙可調(diào)[10]和有機(jī)小分子發(fā)光效率高[11]的優(yōu)點(diǎn)，其豐富的表面態(tài)和缺陷可以實(shí)現(xiàn)多光譜發(fā)射[12]。自從2011年王傅小組[13]最早開展了碳量子點(diǎn)LED工作之后，多個小組相繼報道了碳量子點(diǎn)的電致發(fā)光器件。2013年，張等[14]選用不同的空穴和電子傳輸層，實(shí)現(xiàn)了碳量子點(diǎn)發(fā)光器件的藍(lán)光、紅光和白光發(fā)射。2014年，Veca等[15]利用PEG表面修飾的水溶性碳量子點(diǎn)制備得到了LED，器件在高電壓下顯示出穩(wěn)定的白光發(fā)射。碳量子點(diǎn)是一種良好的電子給體與受體材料[16-18]，具有激發(fā)能量相關(guān)的寬光譜發(fā)射特點(diǎn)，深入理解和利用碳量子點(diǎn)電致發(fā)光器件中載流子傳輸與復(fù)合過程，有助于實(shí)現(xiàn)可調(diào)制的多色或者白色發(fā)光器件。

本文選擇P型高導(dǎo)電性的PEDOT∶PSS作為空穴注入層，利用PVK和碳量子點(diǎn)的載流子傳輸和能級結(jié)構(gòu)的差異調(diào)控載流子平衡，實(shí)現(xiàn)電場調(diào)制的發(fā)光器件，通過I-V曲線分析和載流子傳輸理論研究了電場作用下的光譜變化機(jī)理。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 碳量子點(diǎn)電致發(fā)光器件制備

按照文獻(xiàn)[19]中的方法， 利用十八胺和檸檬酸在十八烯溶液中的縮聚反應(yīng)合成碳量子點(diǎn)。稱量0.836 8 g碳量子點(diǎn)后與120 mL甲苯混合，超聲1 h以實(shí)現(xiàn)碳量子點(diǎn)的均勻分散。

將由液體洗滌劑、去離子水、丙酮、異丙醇、乙醇依次清洗的氧化銦錫 (ITO)玻璃(13 mm×30 mm)放入80 ℃真空干燥箱中干燥40 min，再通過紫外臭氧處理15 min。將0.5 mL的PEDOT∶PSS水溶液以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速在ITO玻璃上旋涂40 s，然后放入80 ℃ 干燥箱中加熱 60 min。配制 5 mL濃度為 5 mg/mL的PVK氯仿溶液，設(shè)定旋涂速度和時間分別為 3 000 r/min和 40 s，同樣在80 ℃干燥 40 min。最后用2 500 r/min (30 s) 旋涂配置好的碳量子點(diǎn)甲苯溶液，然后放在 80 ℃的真空干燥箱內(nèi)干燥 1 h，得到多層的薄膜。為了實(shí)現(xiàn)電子的良好注入，在真空條件下(5×10-4Pa)對樣品蒸鍍1 nm厚的LiF 和 150 nm 厚的Al,制備出LiF/Al復(fù)合電極。器件的結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PVK/CDs/LiF/Al，如圖1所示。

圖1 碳量子點(diǎn)電致發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.1 Structure diagram of the carbon quantum dots based electroluminescent device

2.2 測試

采用日立 4100 紫外-可見分光光度計(jì)和 Horiba FluoroLog 3穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀用于樣品的紫外-可見吸收光譜和發(fā)光光譜測試。器件的I-V特性由 Keithley 2400 測得。所有器件均未封裝，測試在常溫常壓下進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

圖2(a)給出了器件在不同電壓下的EL光譜，為320～800 nm的不對稱寬譜發(fā)射。隨著驅(qū)動電壓從5 V上升到13 V，器件的發(fā)光強(qiáng)度增大，譜線峰值紅移達(dá)120 nm，光譜持續(xù)展寬。圖2(b)給出了部分電壓下器件的色坐標(biāo)，隨著電壓由7 V增大到13 V，色坐標(biāo)由(0.20,0.20)移動到(0.29,0.35)。

圖2 器件在不同電壓下的電致發(fā)光光譜(a)和CIE坐標(biāo)(b)

Fig.2 EL spectra(a) and corresponding CIE coordinates (b) of the device at different DC bias

發(fā)光器件的寬譜發(fā)射通常源于不同發(fā)光中心或者不同發(fā)光層的貢獻(xiàn)。對于本文的器件結(jié)構(gòu)，空穴注入層PEDOT∶PSS在可見區(qū)不發(fā)光，而PVK的發(fā)光位于可見區(qū)域[20]。我們在圖3中給出了碳量子點(diǎn)溶液、PVK溶液及二者混合后的歸一化PL光譜。碳量子點(diǎn)為400～600 nm的寬譜發(fā)射，與其表面存在的大量配體基團(tuán)有關(guān)[21]。PVK溶液的PL光譜發(fā)光峰位于380 nm處，該位置對應(yīng)于部分重疊的咔唑基團(tuán)形成的激基復(fù)合物的發(fā)光[22]。明顯可以看出，混合物的發(fā)光譜為PVK發(fā)射和碳量子點(diǎn)寬發(fā)射譜的疊加。

圖3 碳量子點(diǎn)甲苯溶液、PVK氯仿溶液和碳量子點(diǎn)/PVK混合溶液的PL譜。

Fig.3 PL spectra of CDs toluene solution, PVK chloroform solution, and the mixed solution.

EL光譜在不同驅(qū)動電壓下的變化與載流子的復(fù)合區(qū)域有關(guān)[23]。結(jié)合圖3中的PVK和碳量子點(diǎn)PL光譜，我們給出了不同電壓下發(fā)光光譜的高斯擬合結(jié)果，如圖4所示。當(dāng)電壓為3 V時，器件顯示了一個范圍為420～500 nm的發(fā)光較弱的寬譜，對應(yīng)于碳量子點(diǎn)的PL峰位。提高電壓至5 V，器件顯示出不對稱的寬譜發(fā)射，以PVK和碳量子點(diǎn)主要發(fā)射位置(分別為380 nm和490 nm)得到的高斯擬合曲線與發(fā)射光譜吻合較好，我們將其歸于PVK和碳量子點(diǎn)的共同貢獻(xiàn)。當(dāng)外加電壓為7 V時，對應(yīng)于PVK的譜峰明顯高于碳量子點(diǎn)，此時PVK發(fā)光占據(jù)優(yōu)勢。當(dāng)施加電壓高于9 V后，器件中PVK的發(fā)光峰稍許下降，碳量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度持續(xù)增大，表明更多的電子與空穴在碳量子點(diǎn)薄膜處復(fù)合發(fā)光。與電壓為7 V時相比，器件在11 V工作電壓下的光譜明顯紅移，擬合曲線顯示，PVK的發(fā)光明顯減弱，一個位于566 nm的新的發(fā)射峰出現(xiàn)。與圖3的PL光譜對比，我們發(fā)現(xiàn)混合物中該位置的發(fā)光很弱，因此EL譜的發(fā)射可能與外加電場有關(guān)。有機(jī)發(fā)光材料中兩種分子共同作用所產(chǎn)生的光子發(fā)射被稱為激基復(fù)合物發(fā)光[24]，由離化能低的空穴傳輸材料與電子傳輸材料在界面處通過分子作用形成[25]。在電場作用下，PVK可以和Bphen、DPVBi等多種具有電荷傳輸能力的有機(jī)分子[26-27]形成電致激基復(fù)合物。碳量子點(diǎn)具有很強(qiáng)的給電子能力，與空穴傳輸材料PVK可在電場作用下形成激基復(fù)合物，經(jīng)計(jì)算可知，其能級對應(yīng)于2.2 eV。當(dāng)外加電場上升到13 V時，激基復(fù)合物的發(fā)光占據(jù)優(yōu)勢，這與電致激基復(fù)合物在高場下發(fā)光增強(qiáng)的結(jié)論相一致[27]。

圖4 器件在3 V(a)、5 V(b)、7 V(c)、9 V(d)、11 V(e)、13 V(f)電壓下的EL光譜擬合圖。

Fig.4 Gaussian fitting for EL spectra of the device at 3 V(a), 5 V(b), 7 V(c), 9 V(d), 11 V(e), 13 V(f), respectively.

碳量子點(diǎn)屬于電子型傳輸材料，為了調(diào)制器件激子形成區(qū)域和拓展發(fā)光光譜，本文引入了PEDOT∶PSS和PVK層分別作為空穴注入和傳輸層。圖5給出了器件的能級結(jié)構(gòu)示意圖。碳量子點(diǎn)層的HOMO 和LUMO能級為5.9 eV和3.2 eV[28]，其表面配體和懸空鍵形成了大量的表面態(tài)[21]；PVK層的HOMO 和LUMO能級則分別為5.5 eV和2.0 eV[29]。由陰極注入的電子經(jīng)過復(fù)合電極和碳量子點(diǎn)層間0.3 eV以及和PVK間1.2 eV的勢壘差到達(dá)PVK的LUMO能級，空穴可經(jīng)過階梯式跳躍由ITO經(jīng)過PEDOT∶PSS到達(dá)PVK和碳量子點(diǎn)的HOMO能級。由于低場下電極注入的載流子能量較低，電子主要被碳量子點(diǎn)表面的基團(tuán)俘獲，器件以碳量子點(diǎn)的發(fā)光為主。隨著電壓的增大，到達(dá)PVK與碳量子點(diǎn)層的載流子數(shù)量增多，二者發(fā)光均有所增強(qiáng)。由于電子的移動速度大于空穴，因此PVK的發(fā)光強(qiáng)度高于碳量子點(diǎn)。繼續(xù)增大電壓，則大量電子注入所形成的空間電荷積聚阻止了電子向PVK區(qū)域的傳輸，PVK的發(fā)光減弱，同時高場下電致激基復(fù)合物的出現(xiàn)使器件的光譜發(fā)生紅移。

圖5 器件的能級結(jié)構(gòu)圖

圖6給出了器件的I-V特性曲線和雙對數(shù)坐標(biāo)下的J-V擬合曲線(插圖)。從圖中可以看出，器件具有較好的整流特性。當(dāng)電壓小于7 V時，對應(yīng)的電流密度和電壓關(guān)系滿足J∝V2，屬于空間電荷限制電流機(jī)制(SCLC)[30]，這與碳量子點(diǎn)大量的表面基團(tuán)對注入電子的俘獲所形成的空間電荷有關(guān)。當(dāng)驅(qū)動電壓高于 7 V 時，雙對數(shù)坐標(biāo)下的電流密度急劇增大，此時的α值達(dá)到7，載流子傳輸屬于TCLC傳輸機(jī)制[31]。高電場下更多的陷阱被注入載流子填充，造成電子傳導(dǎo)能力加強(qiáng)，器件電流增大。

圖6 器件I-V特性曲線和雙對數(shù)坐標(biāo)下的J-V擬合曲線(插圖)

Fig.6 Current-voltage characteristics of the device. Inset shows a lg-lg plot of current densityvs. bias voltage.

4 結(jié) 論

制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT∶PSS/PVK/CDs/LiF/Al電致發(fā)光器件。器件顯示了與電壓相關(guān)的光譜移動現(xiàn)象：隨著電壓的增大，光譜向長波方向移動。分析指出，低電壓區(qū)的EL光譜為碳量子點(diǎn)和PVK 兩者的發(fā)射疊加，高電壓區(qū)的EL光譜則以碳量子點(diǎn)和PVK形成的激基復(fù)合物的發(fā)光和碳量子點(diǎn)的貢獻(xiàn)為主。通過對器件能級結(jié)構(gòu)和I-V曲線的分析，我們認(rèn)為低電場下的PVK兼具發(fā)光層和電子阻擋層的功能；隨著電場強(qiáng)度的增大，碳量子點(diǎn)和PVK界面形成的空間電荷阻止了電子向PVK的傳輸，它對發(fā)光的貢獻(xiàn)減弱。

[1] 張世明,陳宇,王學(xué)會,等. 一種基于藍(lán)色熒光與磷光敏化技術(shù)的高顯色指數(shù)白光有機(jī)電致發(fā)光器件的制備 [J]. 發(fā)光學(xué)報, 2012, 33(1):97-101. ZHANG S M, CHEN Y, WANG X H,etal.. White organic light-emitting diodes with high color rendering index using phosphorescent sensitizer and blue fluorescent emitter [J].Chin.J.Lumin., 2012, 33(1):97-101. (in Chinese)

[2] WANG X M, TIAN H, MOHAMMAD M A,etal.. A spectrally tunable all-graphene-based flexible field-effect light-emitting device [J].Nat.Commun., 2015, 6:7767-1-6.

[3] CHITNIS A, SUN J, MANDAVILLI V,etal.. Self-heating effects at high pump currents in deep ultraviolet light-emitting diodes at 324 nm [J].Appl.Phys.Lett., 2002, 81(18):3491-3493.

[4] BURROWS P E, KHALFIN V, GU G,etal.. Control of microcavity effects in full color stacked organic light emitting devices [J].Appl.Phys.Lett., 1998, 73(4):435-437.

[5] JOO C W, MOON J, HAN J H,etal.. Color temperature tunable white organic light-emitting diodes [J].Org.Electron., 2014, 15(1):189-195.

[6] UDAGAWA K, SASABE H, IGARASHI F,etal.. Simultaneous realization of high EQE of 30%, low drive voltage, and low efficiency roll-off at high brightness in blue phosphorescent OLEDs [J].Adv.Opt.Mater., 2016, 4(1):86-90.

[7] ZHAO Y B, CHEN R, GAO Y,etal.. AC-driven, color- and brightness-tunable organic light-emitting diodes constructed from an electron only device [J].Org.Electron., 2013, 14(12):3195-3200.

[8] DAI X L, ZHANG Z X, JIN Y Z,etal. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots [J].Nature, 2014, 515(7525):96-99.

[9] HAN J, BONG J, LIM T,etal.. Water repellent spray-type encapsulation of quantum dot light-emitting diodes using super-hydrophobic self-assembled nanoparticles [J].Appl.Surf.Sci., 2015, 353:338-341.

[10] LI H T, HE X D, KANG Z H,etal.. Water-soluble fluorescent carbon quantum dots and photocatalyst design [J].Angew.Chem.Int.Ed., 2010, 49(26):4430-4434.

[11] WANG Q L, ZHENG H Z, LONG Y J,etal.. Microwave-hydrothermal synthesis of fluorescent carbon dots from graphite oxide [J].Carbon, 2011, 49(9):3134-3140.

[12] CHANDRA S, PATHAN S H, MITRA S,etal.. Tuning of photoluminescence on different surface functionalized carbon quantum dots [J].RSCAdv., 2012, 2(9):3602-3606.

[13] WANG F, CHEN Y H, LIU C Y,etal.. White light-emitting devices based on carbon dots’ electroluminescence [J].Chem.Commun., 2011, 47(12):3502-3504.

[14] ZHANG X Y, ZHANG Y, WANG Y,etal.. Color-switchable electroluminescence of carbon dot light-emitting diodes [J].ACSNano, 2013, 7(12):11234-11241.

[15] VECA L M, DIAC A, MIHALACHE I,etal.. Electroluminescence of carbon ‘quantum’ dots—from materials to devices [J].Chem.Phys.Lett., 2014, 613:40-44.

[16] ZHANG H C, HUANG H, MING H,etal.. Carbon quantum dots/Ag3PO4complex photocatalysts with enhanced photocatalytic activity and stability under visible light [J].J.Mater.Chem., 2012, 22(21):10501-10506.

[17] CAO L, SAHU S, ANILKUMAR P,etal.. Carbon nanoparticles as visible-light photocatalysts for efficient CO2conversion and beyond [J].J.Am.Chem.Soc., 2011, 133(13):4754-4757.

[18] WANG X, CAO L, LU F S,etal.. Photoinduced electron transfers with carbon dots [J].Chem.Commun., 2009(25):3774-3776.

[19] WANG F, PANG S P, WANG L,etal.. One-step synthesis of highly luminescent carbon dots in noncoordinating solvents [J].Chem.Mater., 2010, 22(16):4528-4530.

[20] D’ANGELO P, BARRA M, CASSINESE A,etal.. Electrical transport properties characterization of PVK (polyN-vinylcarbazole) for electroluminescent devices applications [J].Solid-StateElectron., 2007, 51(1):123-129.

[21] DAS S K, LIU Y Y, YEOM S,etal.. Single-particle fluorescence intensity fluctuations of carbon nanodots [J].NanoLett., 2014, 14(2):620-625.

[22] 孫力,邵喜斌,錢磊,等. PVK三線態(tài)激基復(fù)合物的發(fā)光及其受紫外光輻照的影響 [J]. 發(fā)光學(xué)報, 2010, 31(3):331-336. SUN L, SHAO X B, QIAN L,etal.. Emission of electroplex in PVK and its properties under UV irradiation [J].Chin.J.Lumin., 2010, 31(3):331-336. (in Chinese)

[23] YANG S Y, LIU D A, JIANG Y,etal.. Impact of electric fields on the emission from organic light-emitting diodes based on polyvinylcarbazole (PVK) [J].J.Lumin., 2007, 122-123:614-616.

[24] NG T W, LO M F, LEE S T,etal.. Exciplex emission and its relationship with depletion organic heterojunction [J].Org.Electron., 2012, 13(9):1641-1645.

[25] YANG D, DUAN Y H, YANG Y Q,etal.. Application of exciplex in the fabrication of white organic light emitting devices with mixed fluorescent and phosphorescent layers [J].J.Lumin., 2015, 166:77-81.

[26] WEN L, LI F S, XIE J X,etal.. Electroplex emission at PVK/Bphen interface for application in white organic light-emitting diodes [J].J.Lumin., 2011, 131(11):2252-2254.

[27] LI J M, XU Z, ZHANG F J,etal.. Electroplex emission of the blend film of PVK and DPVBi [J].Solid-StateElectron., 2010, 54(4):349-352.

[28] DO S, KWON W, RHEE S W. Soft-template synthesis of nitrogen-doped carbon nanodots: tunable visible-light photoluminescence and phosphor-based light-emitting diodes [J].J.Mater.Chem. C, 2014, 2(21):4221-4226.

[29] 陳義鵬,辛傳禎,羅程遠(yuǎn),等. PVK空穴傳輸層對Ndq3近紅外發(fā)光二極管性能的影響 [J]. 發(fā)光學(xué)報, 2013, 34(7):888-893. CHEN Y P, XIN C Z, LUO C Y,etal.. Influence of PVK hole transport layer on Ndq3near-infrared organic light emitting diodes [J].Chin.J.Lumin., 2013, 34(7):888-893. (in Chinese)

[30] GANZORIG C, SAKOMURA M, UEDA K,etal.. Current-voltage behavior in hole-only single-carrier devices with self-assembling dipole molecules on indium tin oxide anodes [J].Appl.Phys.Lett., 2006, 89(26):263501-1-3.

[31] SON D I, PARK D H, CHOI W K,etal.. Carrier transport in flexible organic bistable devices of ZnO nanoparticles embedded in an insulating poly(methyl methacrylate) polymer layer [J].Nanotechnology, 2009, 20(19):195203-1-6.

劉澤明 (1989-),男,山西臨汾人,碩士研究生,2013年于大同大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位,主要從事碳量子點(diǎn)電致發(fā)光器件的研究。

E-mail: 522955780@qq.com

徐建萍(1977-),女,河北秦皇島人,博士，副教授,2007 年于南京大學(xué)獲得博士學(xué)位,主要從事光電子材料與器件方面的研究。

E-mail: jpxu@tjut.edu.cn

李嵐(1964-),女,北京人,研究員,博士生導(dǎo)師,2006 年于河北工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位,主要從事光電子材料與器件方面的研究。

E-mail: lilan@tjut.edu.cn

Polymer/Carbon Quantum Dots Composite EL Devices and Tunable Spectra Mechanism

LIU Ze-ming, XU Jian-ping*, LI Lin-lin, ZHANG Xu-guang, DONG Xiao-fei, REN Peng-fei, LI Lan*

(InstituteofMaterialPhysics,KeyLaboratoryofDisplayMaterialsandPhotoelectricDevices,MinistryofEducation，TianjinKeyLaboratoryforOptoelectronicMaterialsandDevices,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384,China)

The electroluminescent devices with the structure of ITO/PEDOT∶PSS/polyvinylcarbazole (PVK)/carbon quantum dots(CDs)/LiF/Al were fabricated. When the voltage raises from 7 V to 13 V, the voltage-dependent EL spectra can be observed to shift from 380 nm to 520 nm, and the color coordinates shift from (0.20, 0.20) to (0.29, 0.35). The device operating mechanism is investigated based on PL spectra of PVK and CDs and device energy-level diagram. PVK layer is considered to be responsible for electron blocking and meanwhile the emission in low electric field. The EL spectra are proposed to be the overlapping of PVK and CDs and their interface. With the voltage increase, the emission intensity of CDs displays enhancement but the converse trend is observed for PVK. Under high field, electroplex emission at PVK/CDs interface is known to contributed to whole EL spectra combining with CDs emission.

carbon quantum dots (CDs)； electroluminescence(EL)； charge transport

2016-02-25；

2016-03-29

“863”國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2013AA014201)； 天津市自然科學(xué)基金(14JCZDJC31200,15JCYBJC16800，15JCYBJC16700)； 國家重大儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2014YQ120351)； 天津市科技計(jì)劃國際合作項(xiàng)目(14RCGHGX00872)資助

1000-7032(2016)07-0823-06

TN383+.1； TP394.1

A

10.3788/fgxb20163707.0823

*CorrespondingAuthors,E-mail:jpxu@tjut.edu.cn;lilan@tjut.edu.cn