Inyección electrónica mejorada y el confinamiento de excitón de punto cuántico de puro azul diodos emisores de luz mediante la introducción de cátodo de aluminio parcialmente oxidadas

Summary

Se presenta un protocolo para la fabricación de alto rendimiento, puros azul basada en ZnCdS/ZnS quantum puntos diodos emisores de luz utilizando un cátodo de aluminio autoxidized.

Abstract

Estable y eficiente rojo (R), verde (G) y azul (B) luz fuentes basadas en puntos de solución procesada cuánticos (QDs) desempeñan importantes funciones en pantallas de última generación y tecnologías de iluminación de estado sólido. El brillo y la eficiencia de azul QDs basado en diodos emisores de luz (LEDs) siguen siendo inferiores a sus contrapartes de rojos y verdes, debido a los niveles de energía intrínsecamente desfavorables de diversos colores de la luz. Para resolver estos problemas, debe diseñarse una estructura dispositivo para equilibrar la inyección agujeros y electrones en la capa emisiva de QD. En el presente, a través de una estrategia simple de la autoxidación, puro azul QD LED brillante y eficiente se demuestra, con una estructura de ITO / PSS / TPD/Poly-QDs/Al: Al₂O₃. Autoxidized Al: Al₂O₃ cátodo puede equilibrar las cargas inyectadas con eficacia y mejorar la recombinación radiativa sin la introducción de una capa adicional de transporte de electrones (ETL). Como resultado, saturado de color azul QD-LEDs de alta se consiguen con una luminancia máxima sobre 13.000 cd m^-2y una máxima eficiencia actual de 1,15 cd A^-1. La pavimenta de procedimiento de autoxidación controlado fácilmente el camino para lograr alto rendimiento azul QD-LEDs.

Introduction

Diodos emisores de luz (LED) basados en puntos cuánticos de semiconductor coloidal han despertado gran interés debido a sus ventajas únicas, incluyendo procesamiento de solución, longitud de onda de emisión ajustables, pureza de color excelente, fabricación flexible y baja proceso costo^1,2,3,4. Desde las primeras manifestaciones de la LED de QDs en 1994, se han dedicado enormes esfuerzos a la ingeniería de los materiales y estructuras de dispositivo^5,6,7. Un dispositivo típico de QD-LED está diseñado con una arquitectura de tres capas de sandwich que consiste en una capa de transporte del agujero (HTL), una capa emisiva y una capa de transporte de electrones (ETL). La elección de una capa de transporte de carga adecuado es fundamental para equilibrar los agujeros inyectados y electrones en la capa emisiva de recombinación radiativa. En la actualidad, depositado por vacío pequeñas moléculas son ampliamente utilizadas como ETL, por ejemplo, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq₃) y 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)⁸. Sin embargo, la inyección de portador desequilibrado a menudo causa el cambio de la región de recombinación a ETL, haciendo emisiones indeseables parásitos electroluminescence (EL) y deteriora el rendimiento de dispositivo⁹.

Para mejorar la eficiencia de dispositivo y estabilidad ambiental, nanopartículas de ZnO solución procesada fueron introducidas como una capa de transporte de electrones en lugar de los materiales depositados por vacío de moléculas pequeñas. QD-LEDs RGB muy luminosos fueron demostrados para la arquitectura del dispositivo convencional, que muestra la luminancia hasta 31.000, 68.000 y 4.200 cd m^-2 para la emisión de color rojo anaranjado, verde y azul, respectivamente¹⁰. Para una arquitectura de dispositivo invertido, alto rendimiento QD-LEDs RGB con vuelta baja tensión fueron demostrados con éxito con brillo y eficiencia cuántica externa (EQE) de 23.040 cd m^-2 y 7.3% para rojo, 218.800 cd m^-2 y 5,8% para verde y 2.250 cd m^-2 y 1.7% para el azul, respectivamente¹¹. Para equilibrar las cargas inyectadas y preservar la capa emisiva de QDs, una película delgada de aislante poly(methylmethacrylate) (PMMA) fue insertada entre el QDs y ZnO ETL. El LED rojo QD optimizados exhiben eficiencias cuánticas externas alta hasta 20,5% y un voltaje de activación bajo de sólo 1,7 V¹².

Además, optimizar la optoelectrónica propiedades y nanoestructuras de QDs también desempeña un papel crucial en impulsar el rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, altamente fluorescentes azul QDs con quantum photoluminescence rendimiento (PLQE) hasta un 98% fueron sintetizadas a través de la optimización del ZnS bombardeo tiempo¹³. Del mismo modo, azul violeta de alta calidad, QDs con cerca 100% PLQE fueron sintetizados por controlar precisamente la temperatura de reacción. Los QDs-LED dispositivos mostraron notable luminosidad azul violeta y EQE hasta 4.200 cd m^-2 y 3.8%, respectivamente¹⁴. Este método de síntesis es también aplicable a violeta base de ZnSe/ZnS/shell QDs, QD-LED exhibe alta luminancia (cd 2.632 m^-2) y eficiencia (EQE=7.83%) mediante el uso de QDs gratis Cd¹⁵. Desde puntos de quantum azul con PLQE alta han demostrado, eficiencia de inyección de alta carga en la capa de QDs juega otro papel fundamental en la fabricación de QD-LEDs de alto rendimiento. Sustituyendo largo ligandos de ácido oleico de cadena para acortar los ligandos 1-octanethiol, la movilidad de electrón de QDs película fue dos veces mayor, y se obtuvo un valor alto de EQE superior al 10%¹⁶. El intercambio de ligando superficial también puede mejorar la morfología de la película de QDs y suprimir el amortiguamiento de photoluminescence entre QDs. Por ejemplo, QDs-LED mostró rendimiento mejorado mediante el uso de polímero semiconductor QDs químicamente injertados híbridos¹⁷. Además, se prepararon QDs de alto rendimiento a través de la optimización razonable de la composición gradual y el grosor de la cáscara de QDs, debido a la inyección de mayor carga, transporte y recombinación¹⁸.

En este trabajo, presentamos un cátodo de aluminio (Al) autoxidized parcial para mejorar el rendimiento de ZnCdS/ZnS calificado basado en el núcleo/shell azul QD-LED¹⁹. El cambio de la barrera de energía potencial del cátodo Al fue confirmado por espectroscopia ULTRAVIOLETA del fotoelectrón (UPS) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos x (XPS). Además, la rápida carga dinámica del portador en el QDs/Al y QDs / interfaz de Al: Al₂O₃ se analizaron medidas de fotoluminiscencia de tiempo resuelto (triples). Con el fin de validar aún más la influencia de Al parcialmente oxidada en rendimiento, QD-LED con diferentes cátodos (Al solo, Al: Al₂O₃, Al₂O₃/Al, Al₂O₃/Al:Al₂O₃, y ALQ₃/Al) fueron fabricados. Como resultado, azul puro de alto rendimiento QD-LEDs fueron demostrados mediante el empleo de cátodos de Al: Al₂O₃ , con una luminosidad máxima de 13.002 cd m^-2 y una eficiencia corriente de pico de 1,15 cd A^-1. Además, no participó ningún adicional ETL orgánico en la arquitectura del dispositivo, que puede evitar EL parásito no deseado para garantizar la pureza del color bajo diferentes tensiones de trabajo.

Protocol

1. patrón de grabado de vidrio de óxido de estaño (ITO) de indio Cortar trozos de vidrio de ITO (12 cm x 12 cm) mm 15 tiras de ancho. Limpie la superficie de vidrio de ITO con un paño libre de polvo con alcohol. Compruebe el lado conductor del vidrio de ITO con un multímetro digital. Cubrir el área activa del vidrio de ITO con cinta adhesiva, para que el área activa es de 2 mm de ancho en el centro. Vierta el polvo de cinc en el vidrio de ITO (con un grosor de unos 0,5 mm). …

Representative Results

UV-Vis absorción y espectros de fotoluminiscencia (PL) se utilizaron para registrar las propiedades ópticas de ZnCdS/ZnS calificado basado en el núcleo/shell azul QDs. transmisión la microscopia electrónica (TEM) y escaneado imágenes de microscopia electrónica (SEM) fueron recogidos por el morfologías de QDs (figura 1). Rayos x, espectroscopia del fotoelectrón (XPS), estudio electroquímico y Espectroscopia ultravioleta del fotoelectrón (UPS) fueron…

Discussion

La arquitectura del dispositivo del azul QD-LED consiste en un ánodo transparente ITO, un HIL PSS (30 nm), un poli-TPD HTL (40 nm), un ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm) y un cátodo de Al: Al₂O₃ (100 nm). Debido al carácter poroso de Al cátodo, obtuvimos un cátodo Al oxidado por exposición al oxígeno. Figura 2e y 2f de la figura muestran los diagramas de alineación de nivel de energía de QDs capa con Al y Al: Al₂O₃. Cu…

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