JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Ingénierie

Расширение электронного впрыска и экситонных родов для чисто синий квантовых точках светоизлучающие диоды, вводя частично окисленного алюминия катод

Published: May 31, 2018
doi:
10.3791/57260
, , , , , , , ,
1State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, 2Department of Mathematics,Quaid-I-Azam University, 3NAAM Research Group, Faculty of Science,King Abdulaziz University

Summary

Протокол представляется для изготовления высокой производительности, чистый синий ZnCdS/ZnS основе квантовых точек светоизлучающие диоды, используя autoxidized алюминия катода.

Abstract

Стабильные и эффективные красный (R), зеленый (G) и синий (B) источники света, основанный на решение обработано квантовых точек (QDs) играют важную роль в следующее поколение дисплеев и твердотельного освещения технологий. Яркость и эффективности синий на основе QDs светоизлучающие диоды (СИД) по-прежнему уступает их красные и зеленые аналоги, благодаря изначально неблагоприятных уровни энергии различные цвета света. Для решения этих проблем, структура устройства следует обеспечивать баланс отверстия впрыска и электронов в Эмиссионный слой QD. Здесь, через простой autoxidation стратегию, чистый синий QD-светодиоды, которые очень яркие и эффективной демонстрируются, со структурой Ито / PEDOT:PSS / поли-TPD/QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 катода могут эффективно сбалансировать вводят обвинения и расширить излучательной рекомбинации без введения дополнительных электронов транспортный уровень (ETL). В результате высокий цвет насыщенный синий QD-светодиоды достигаются при максимальной яркости более 13000 m cd-2и максимальный выход по току 1,15 cd A-1. Легко контролируемый autoxidation процедура открывает путь для достижения высокой производительности синий QD-LED.

Introduction

Светоизлучающие диоды (СИД) на основе коллоидного полупроводниковых квантовых точек привлекла большой интерес из-за их уникальных преимуществ, включая решение технологичность, длина волны Перестраиваемые излучения, отличный цвет чистоты, гибкое изготовление и низкой обработки стоимость1,2,3,4. Начиная с первой демонстрации на основе QDs светодиодов в 1994 году огромные усилия были посвящены инженерных материалов и устройств структуры5,6,7. Типичный QD-LED устройство предназначено для имеют трехслойное сэндвич архитектуру, которая состоит из отверстия транспортного уровня (HTL), Эмиссионный слой и слой переноса электронов (ETL). Выбор подходящего заряда транспортный уровень имеет решающее значение для баланса вводят отверстий и электронов в Эмиссионный слой для излучательной рекомбинации. В настоящее время вакуум хранение малых молекул широко используются как ETL, к примеру, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (3Alq) и 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (таз)8. Однако несбалансированные перевозчик инъекции часто вызывает сдвиг региона рекомбинации ETL, делая нежелательных паразитарные электролюминесценции (EL) выбросов и ухудшение производительности устройства9.

Для повышения эффективности устройства и экологической стабильности, решение обработано наночастиц ZnO были введены как слой переноса электронов вместо мелкомолекулярных вакуум хранение материалов. Очень яркие QD-светодиоды RGB были продемонстрированы обычные устройства архитектуры, показаны яркости до 31000, 68,000 и 4200 cd м-2 для выбросов оранжево красный, зеленый и синий, соответственно10. Для архитектуры Перевернутый устройства высокая производительность QD-светодиоды RGB с низкой включите напряжения успешно продемонстрировали с яркостью и внешних квантовой эффективности (EQE) 23,040 cd м-2 и 7,3% на красный, 218,800 cd м-2 и 5,8% для Грин и cd 2250 м-2 и 1,7% синий, соответственно11. Чтобы сбалансировать вводят обвинения и сохранения QDs Эмиссионный слой, изолирующие poly(methylmethacrylate) (PMMA) тонкой пленки был вставлен между QDs и ZnO ETL. Оптимизированный глубокий красный QD-светодиоды выставлены высокой внешней квантовой эффективности до 20,5% и низкой включения напряжения только 1.7 V12.

Кроме того оптимизация оптоэлектронных свойства и наноструктур QDs также играет решающую роль в повышении производительности устройства. Например, весьма Флюоресцентная голубая QDs с квантовой фотолюминесценция доходность (PLQE) до 98% были синтезированы путем оптимизации ZnS, обстрел время13. Аналогичным образом высокое качество, фиолетово синие QDs с почти 100% PLQE синтезированы путем точного контроля температуры реакции. Фиолетово синий QDs-LED устройства показал замечательный яркости и EQE до 4200 cd м-2 и 3,8%, соответственно14. Этот метод синтеза применяется также к фиолетовый ZnSe/ZnS ядро/shell QDs, QD-LED выставлены высокой яркости (2632 cd м-2) и эффективность (EQE=7.83%) с помощью Cd бесплатно QDs15. Поскольку было продемонстрировано синий квантовые точки с высокой PLQE, эффективность инъекции высокий заряд в слое QDs играет другой решающую роль в изготовлении высокопроизводительных QD-LED. Заменив длинные цепи олеиновой кислоты лигандов сократить 1-octanethiol лигандами, подвижность QDs фильма было увеличение два раза, и высокое значение EQE свыше 10% было получено16. Обмен поверхности лиганд может также улучшить морфология QDs фильма и подавить, фотолюминесценция, закалки среди QDs. Например QDs-LED показали улучшение устройства производительности с помощью химически привитые QDs полупроводниковых полимеров гибриды17. Кроме того высокая производительность QDs были подготовлены путем разумной оптимизации состава градуированных и толщина оболочки QDs, благодаря расширенной заряда инъекции, транспорта и рекомбинации18.

В этой работе мы ввели частичное autoxidized катод алюминия (Al) для повышения производительности ZnCdS/ZnS оцениваются на основе ядра/оболочки синий QD-LED19. Изменения потенциальной энергии барьер Аль катода был подтвержден ультрафиолетового фотоэлектронная спектроскопия (UPS) и Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS). Кроме того, быстрый заряд перевозчик динамика на QDs/Al и QDs / Al: Al2O3 интерфейс были проанализированы измерениями времени решены фотолюминесценции (TRPL). С целью дальнейшего подтверждения влияние частично окисляется Аль на производительность устройства, QD-LED с различными катоды (только Al, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, и ALQ3/Al) были сфабрикованы. Как результат, высокая производительность чисто синими, продемонстрированную QD-LED, используя Al: Al2O3 катодов, с максимальной яркости 13,002 cd м-2 и пик току 1,15 cd A-1. Кроме того существует без дополнительных органических ETL участвующих в архитектуре, устройство, которое может избежать нежелательных паразитарные Эль гарантировать чистоту цвета при различных рабочих напряжений.

Protocol

1. модель травления стекла Индий оксид олова (ITO) Вырежьте большие куски стекла ITO (12 × 12 см) на 15 мм полосками шириной. Очистите поверхность стекла ITO, используя ткань пыли с алкоголем. Проверьте в проводящие части стекла ITO с цифровой мультиметр. Обложка активная область стекла IT…

Representative Results

UV-Vis поглощения и спектры фотолюминесценции (PL) были использованы для записи оптических свойств ZnCdS/ZnS оцениваются на основе ядра/оболочки синий QDs. просвечивающей электронной микроскопии (ТЕА) и сканирования изображения Электронная микроскопия (SEM) были собраны для мор…

Discussion

Архитектура устройства синий QD-LED состоит из прозрачной анод Ито, PEDOT:PSS Хиль (30 Нм), поли-TPD HTL (40 Нм), ZnCdS/ZnS QDs EML (40 Нм) и Al: Al2O3 катода (100 Нм). Из-за пористой характер Аль катод мы получили окисленных Аль катод, подвергая его кислородом. 2e рисунок и Рисунок 2…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана NSFC (51573042), Национальный ключ базовых исследований программа Китая (973 проекта, 2015CB932201), фундаментальные исследования средств для университетов Центральной, Китай (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47).

Materials

Indium Tin Oxide (ITO)-coated glass
substrate		 CSG Holding Co., Ltd. Resistivity≈10 Ω/sq
Zinc powder Sigma-Aldrich 96454 Molecular Weight 65.38
Isopropyl alcohol Beijing Chemical Reagent 67-63-0 Analytically pure
Toluene Innochem I01367 Analytically pure
Acetone Innochem I01366 Analytically pure
Hydrochloric acid acros 124210025 1 N standard solution
O-dichlorobenzene acros 396961000 98+%, Extra Dry
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) H. C.Stark Clevious P VP Al 4083
Poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) Luminescence Technology LT-N149
Aluminum tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) Luminescence Technology LT-E401
UV-O cleaner Jelight Company 92618
Filter Jinteng JTSF0303/0304 Polyether sulfone (0.45 μm)
Ultrasonic cleaner HECHUANG ULTRASONIC KH-500DE
Digital multimeter UNI-T UT39A
Spin coater IMECAS KW-4A
Digital hotplate Stuart SD160
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shirasaki, Y., Supran, G. J., Bawendi, M. G., Bulović, V. Emergence of colloidal quantum-dot light-emitting technologies. Nat. Photonics. 7 (1), 13-23 (2012).
  2. Chen, O., Wei, H., Maurice, A., Bawendi, M., Reiss, P. Pure colors from core-shell quantum dots. MRS Bull. 38 (09), 696-702 (2013).
  3. Dai, X., Deng, Y., Peng, X., Jin, Y. Quantum-Dot Light-Emitting Diodes for Large-Area Displays: Towards the Dawn of Commercialization. Adv. Mater. 29 (14), (2017).
  4. Wang, L., et al. High-performance azure blue quantum dot light-emitting diodes via doping PVK in emitting layer. Org. Electron. 37, 280-286 (2016).
  5. Colvin, V., Schlamp, M., Alivisatos, A. P. Light-emitting diodes made from cadmium selenide nanocrystals and a semiconducting polymer. Nature. 370 (6488), 354-357 (1994).
  6. Tan, Z., et al. Colloidal nanocrystal-based light-emitting diodes fabricated on plastic toward flexible quantum dot optoelectronics. J. Appl. Phys. 105 (03), 034312 (2009).
  7. Tan, Z., et al. Bright and color-saturated emission from blue light-emitting diodes based on solution-processed colloidal nanocrystal quantum dots. Nano Lett. 7 (12), 3803-3807 (2007).
  8. Lee, C. -. L., Nam, S. -. W., Kim, V., Kim, J. -. J., Kim, K. -. B. Electroluminescence from monolayer of quantum dots formed by multiple dip-coating processes. physica status solidi (b). 246, 803-807 (2009).
  9. Lee, T. -. C., et al. Rational Design of Charge-Neutral, Near-Infrared-Emitting Osmium(II) Complexes and OLED Fabrication. Advanced Functional Materials. 19, 2639-2647 (2009).
  10. Qian, L., Zheng, Y., Xue, J., Holloway, P. H. Stable and efficient quantum-dot light-emitting diodes based on solution-processed multilayer structures. Nat. Photonics. 5 (9), 543-548 (2011).
  11. Kwak, J., et al. Bright and efficient full-color colloidal quantum dot light-emitting diodes using an inverted device structure. Nano Lett. 12 (5), 2362-2366 (2012).
  12. Dai, X., et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots. Nature. 515 (7525), 96-99 (2014).
  13. Lee, K. -. H., Lee, J. -. H., Song, W. -. S., Ko, H., Lee, C., Lee, J. -. H., Yang, H. Highly efficient, color-pure, color-stable, blue quantum dots light-emitting devices. ACS Nano. 7 (8), 7295-7302 (2013).
  14. Shen, H., et al. High-efficient deep-blue light-emitting diodes by using high quality ZnxCd1-xS/ZnS core/shell quantum dots. Adv. Funct. Mater. 24 (16), 2367-2373 (2014).
  15. Wang, A., et al. Bright, efficient, and color-stable violet ZnSe-based quantum dot light-emitting diodes. Nanoscale. 7 (7), 2951-2959 (2015).
  16. Shen, H., et al. High-efficiency, low turn-on voltage blue-violet quantum-dot-based light-emitting diodes. Nano Lett. 15 (2), 1211-1216 (2015).
  17. Fokina, A., et al. The role of emission layer morphology on the enhanced performance of light-emitting diodes based on quantum dot-semiconducting polymer hybrids. Adv. Mater. Interfaces. 3 (18), 1600279 (2016).
  18. Yang, Y., et al. High-efficiency light-emitting devices based on quantum dots with tailored nanostructures. Nat. Photonics. 9, 259-266 (2015).
  19. Cheng, T., et al. Pure Blue and Highly Luminescent Quantum-Dot Light-Emitting Diodes with Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement via Partially Oxidized Aluminum Cathode. Adv. Opt. Mater. 5 (11), 1700035 (2017).
  20. Rotole, J. A., Sherwood, P. M. A. Gamma-Alumina (γ-Al2O3) by XPS. Surf. Sci. Spectra. 5 (1), 18-24 (1998).
  21. Liu, J., Yang, W., Li, Y., Fan, L., Li, Y. Electrochemical studies of the effects of the size, ligand and composition on the band structures of CdSe, CdTe and their alloy nanocrystals. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (10), 4778-4788 (2014).
  22. Abbaszadeh, D., Wetzelaer, G. A. H., Doumon, N. Y., Blom, P. W. M. Efficient polymer light-emitting diode with air-stable aluminum cathode. J. Appl. Phys. 119 (9), 095503 (2016).
  23. Yu, L., et al. Optimization of the energy level alignment between the photoactive layer and the cathode contact utilizing solution-processed hafnium acetylacetonate as buffer layer for efficient polymer solar cells. Acs Appl. Mater. Interfaces. 8 (1), 432-441 (2016).
  24. Li, F., Tang, H., Anderegg, J., Shinar, J. Fabrication and electroluminescence of double-layered organic light-emitting diodes with the Al2O3/Al cathode. J. Shinar, Appl. Phys. Lett. 70 (10), 1233-1235 (1997).
  25. Bai, Z., et al. Hydroxyl-Terminated CuInS2 Based Quantum Dots: Toward Efficient and Bright Light Emitting Diodes. Chemistry of Materials. 28, 1085-1091 (2016).
  26. Wang, Z., et al. Efficient and Stable Pure Green All-Inorganic Perovskite CsPbBr3 Light-Emitting Diodes with a Solution-Processed NiOx Interlayer. The Journal of Physical Chemistry C. , (2017).

Tags

Keywords: Quantum-dot Light-emitting DiodesElectron InjectionExciton ConfinementPartially Oxidized Aluminum CathodeITO Glass PreparationEtchingCleaningFabrication Process
check_url/fr/57260?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Wang, Z., Cheng, T., Wang, F., Bai, Y., Bian, X., Zhang, B., Hayat, T., Alsaedi, A., Tan, Z. Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode. J. Vis. Exp. (135), e57260, doi:10.3791/57260 (2018).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image