Ett protokoll presenteras för tillverka högpresterande, rena blå ZnCdS/ZnS-baserade quantum dots lysdioder genom att anställa en autoxidized aluminium katod.
Stabil och effektiv röd (R), grönt (G) och blått (B) ljuskällor baserat på lösning-bearbetade kvantprickar (QDs) spelar viktiga roller i nästa generations displayer och solid state lighting teknik. Ljusstyrka och effektivitet av blå QDs-baserade lysdioder (LEDs) fortfarande sämre än sina motsvarigheter i rött och grönt, på grund av sin natur unfavorable energinivåerna i olika färger av ljus. För att lösa dessa problem, bör en enhet struktur utformas att balansera den injektion hål och elektroner i emissive QD-skiktet. Häri, genom en enkel autoxidation strategi, ren blå QD-lysdioder som är mycket ljusa och effektiva styrkas med en struktur av ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 katoden kan effektivt balansera de injicerade avgifterna och förbättra radiative rekombination utan att införa en extra elektron transportskiktet (ETL). Som ett resultat, uppnås hög färg-mättade blå QD-lysdioder med en maximal luminans över 13.000 cd m-2, och en maximal nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1. De lättkontrollerad autoxidation förfarande banar väg för att uppnå hög prestanda blå QD-lysdioder.
Lysdioder (LEDs) baserat på kolloidalt semiconductor kvantprickar har lockade stort intresse på grund av deras unika fördelar, inklusive lösning processbarhet, avstämbara utsläpp våglängd, utmärkt färg renhet, flexibel tillverkning och låg behandlingen kostar1,2,3,4. Sedan de första demonstrationerna av QDs-baserade ljusdioder i 1994, har enorma ansträngningar ägnats åt tekniska material och enheten strukturer5,6,7. En typisk QD-LED-enheten är utformad för att ha en tre-lager sandwich-arkitektur som består av ett hål transportskiktet (HTL), ett emissive lager och ett lager för elektrontransport (ETL). Valet av en lämplig avgift transportskiktet är kritisk till att balansera den injicerade hål och elektroner i det emissive lagret för radiative rekombination. För närvarande används allmänt vakuum-deponeras små molekyler som ETL, exempelvis bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) och 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Men orsakar obalanserad carrier injektionen ofta rekombination regionen övergången till ETL, att göra oönskade parasiter elektroluminescens (EL) utsläpp och försämrade enhet prestanda9.
För att förbättra enhetens effektivitet och miljömässiga stabilitet, infördes lösning-bearbetade ZnO nanopartiklar som en elektrontransport lager istället för vakuum-deponeras småmolekylär material. Mycket ljusa RGB QD-lysdioder visades för konventionella enhet arkitektur, visar luminans upp till 31,000, 68.000 och 4.200 cd m-2 för utsläpp av orange-röd, grön och blå, respektive10. För en inverterad enhet arkitektur, högpresterande RGB QD-lysdioder med låg vänd på spänning demonstrerades framgångsrikt med ljusstyrka och externa quantum effektivitet (EQE) 23,040 cd m-2 och 7,3% för röd, 218,800 cd m-2 och 5,8% för Green, och 2.250 cd m-2 och 1,7 procent för blå, respektive11. För att balansera de injicerade avgifterna och bevara QDs emissive lagret, infogades en isolerande polymetylmetakrylat (PMMA) tunn film mellan QDs och ZnO ETL. Optimerad deep-röd QD-lysdioderna uppvisade höga externa quantum effektivitet upp till 20,5% och en låg turn-on spänning på endast 1,7 V12.
Dessutom spelar optimera optoelektroniska egenskaper och nanostrukturer av QDs också en avgörande roll för att öka enhetens prestanda. Exempelvis starkt fluorescerande blå QDs med fotoluminescens quantum avkastning (PLQE) upp till 98% var syntetiseras genom optimera ZNSEN sprita tid13. Likaså, hög kvalitet, violett-blå QDs med nära 100% PLQE var syntetiseras genom att exakt kontrollera reaktion temperatur. Violett-blå QDs-LED enheter visade anmärkningsvärd luminans och EQE upp till 4 200 cd m-2 och 3,8%, respektive14. Denna syntesmetod är också tillämpliga på violett ZnSe/ZnS core/shell QDs, QD-lysdioderna uppvisade hög luminans (2,632 cd m-2) och effektivitet (EQE=7.83%) med hjälp av Cd-gratis QDs15. Eftersom blå kvantprickar med höga PLQE har påvisats, spelar hög avgift injektion effektivitet i QDs lager en annan avgörande roll i tillverka högpresterande QD-lysdioder. Genom att ersätta långa kedja oljesyra ligander för att förkorta 1-octanethiol ligander, electron rörlighet QDs film var ökad tvåfaldigt, och ett högt EQE-värde över 10% erhölls16. Yta ligand utbyte kan också förbättra morfologi av QDs film och undertrycka den fotoluminescens snabbkylning bland QDs. Exempelvis visade QDs-LED förbättrad enhetens prestanda genom att använda kemiskt ympade QDs-halvledande polymer hybrider17. Förutom, högpresterande QDs var förberedda genom rimliga optimering av graderade sammansättning och tjocklek av QDs skalet, på grund av den förbättrade kostnad injektion, transport och rekombination18.
I detta arbete introducerade vi en partiell autoxidized aluminium (Al) katod för att förbättra prestanda för ZnCdS/ZnS graderade core/shell-baserade blå QD-LEDs19. Ändringen av potentiell energi barriär av Al katoden bekräftades av ultraviolett fotoelektronen spektroskopi (UPS) och röntgen fotoelektronen spektroskopi (XPS). Dessutom fast Ladda bärare dynamics vid QDs/Al och QDs / Al: Al2O3 gränssnitt analyserades av tid-löst fotoluminescens (TRPL) mätningar. För att ytterligare verifiera påverkan av delvis oxiderat Al på enhetsprestanda, QD-lysdioder med olika katoder (Al endast, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, och ALQ3/Al) var fabricerade. Som ett resultat, högpresterande ren blå QD-LEDs visades genom att anställa Al: Al2O3 katoder, med en maximal luminans av 13,002 cd m-2 och en topp nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1. Dessutom fanns ingen ytterligare ekologiska ETL i enheten-arkitekturen som kan undvika oönskade parasiter EL för att garantera färg renhet under olika arbetande spänningar.
Enheten arkitekturen av den blå QD-LED består av en ITO transparent anod, en PEDOT:PSS HIL (30 nm), en Poly-TPD HTL (40 nm), en ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm), och en Al: Al2O3 katoden (100 nm). På grund av den porösa karaktären av Al katoden fick vi en oxiderad Al katod genom att utsätta det för syre. Figur 2e och figur 2f visar energinivån justering diagram av QDs lager med Al och Al: Al2O3. När QDs kontakt med A…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöds av den NSFC (51573042), The National Key grundläggande forskning Program Kina (973 projekt, 2015CB932201), grundläggande forskningsmedel för Central universiteten, Kina (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47).
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 |