Verbeterde Electron injectie en Exciton opsluiting voor zuivere blauwe Quantum-Dot-lichtdioden door de invoering van gedeeltelijk geoxideerd aluminium Cathode

Summary

Een protocol wordt gepresenteerd voor het fabriceren van hoogwaardige, zuiver blauw ZnCdS/ZnS gebaseerde quantum dots lichtdioden door gebruik te maken van een autoxidized aluminium kathode.

Abstract

Stabiel en efficiënt rood (R), groen (G) en blauwe (B)-lichtbronnen op basis van oplossing-verwerkte quantumdots (QDs) spelen belangrijke rollen in de volgende-generatie displays en Solid state lighting-technologieën. De helderheid en efficiëntie van blauwe QDs gebaseerde lichtgevende dioden (LEDs) blijven inferieur aan hun rode en groene collega’s, als gevolg van de inherent ongunstige energieniveaus van verschillende kleuren van het licht. Het oplossen van deze problemen, moet een opbouw van het apparaat worden ontworpen om het evenwicht van de injectie gaten en elektronen in de emissieve QD laag. Hierin, door middel van een eenvoudige autoxidation strategie, zuivere blauwe QD-LEDs die zeer helder en efficiënt zijn worden gedemonstreerd, met een structuur van ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al₂O₃. De autoxidized Al: Al₂O₃ kathode kan effectief evenwicht van de geïnjecteerde kosten en verbeteren radiatieve recombinatie zonder de invoering van een extra elektronentransport laag (ETL). Dientengevolge, worden hoge verzadigde kleur blauw QD-LEDs bereikt met een maximale luminantie over 13.000 cd m^-2, en een maximale huidige efficiëntie van 1,15 cd A^-1. De gemakkelijk-gecontroleerde autoxidation procedure baant de weg voor het bereiken van krachtige blauwe QD-LEDs.

Introduction

Lichtgevende dioden (LEDs) op basis van colloïdale halfgeleider quantumdots hebben grote belangstelling vanwege hun unieke voordelen, met inbegrip van oplossing verwerkbaarheid, afstembare emissie golflengte, uitstekende kleur zuiverheid, flexibele fabricage en lage verwerking kosten^1,2,3,4. Sinds de eerste demonstraties van QDs gebaseerde LEDs in 1994, hebben enorme inspanningen besteed aan de materialen en het apparaat structuren^5,6,7engineering. Een typische QD-LED-apparaat is ontworpen voor het hebben van een architectuur van drie lagen sandwich die uit een gat transportlaag (HTL), een emissieve laag, en een elektron transportlaag (ETL bestaat). De keuze van een geschikt gratis transportlaag is cruciaal voor het balanceren van de geïnjecteerde gaten en elektronen in de emissieve laag voor radiatieve recombinatie. Momenteel, worden kleine molecules vacuüm-gestort veel gebruikt als ETL, bijvoorbeeld bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq₃) en 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)⁸. De onevenwichtige vervoerder injectie vaak veroorzaakt echter de verschuiving van de regio recombinatie aan ETL, waardoor ongewenste parasitaire elektroluminescentie (EL) emissie en verslechtert de apparaat prestaties⁹.

Ter verhoging van de efficiëntie van het apparaat en de ecologische stabiliteit, oplossing-verwerkte ZnO nanopartikels geïntroduceerd als een laag elektronentransport in plaats van de kleine-molecuul vacuüm-gestort materialen. Zeer lichte RGB QD-LEDs werden gedemonstreerd voor conventioneel apparaat architectuur, luminantie tot 31.000, 68.000 en 4.200 cd m^-2 voor emissie van oranje-rood, groen en blauw, respectievelijk¹⁰toont. Voor een omgekeerde architectuur, zijn krachtige RGB QD-LED’s met lage spanning zet succesvol gebleken met helderheid en externe quantum efficiency (EQE) van 23,040 cd m^-2 en 7,3% voor rood, 218,800 cd m^-2 en 5,8% voor groen, en 2250 cd m^-2 en 1,7% voor blauw, respectievelijk¹¹. Om het evenwicht van de geïnjecteerde kosten en behoud van de QDs emissieve laag, was een isolerende poly(methylmetacrylaat) (PMMA) dunne film tussen de QDs en ZnO ETL ingevoegd. De geoptimaliseerde diep-rode QD-LEDs tentoongesteld hoge externe quantum efficiency tot 20,5% en een lage turn-on spanning van slechts 1,7 V¹².

Bovendien, het optimaliseren van de opto-elektronische eigenschappen en nanostructuren van QDs speelt ook een cruciale rol in het stimuleren van de Apparaatprestaties. Bijvoorbeeld, sterk fluorescerende blauw QDs met fotoluminescentie quantum opleveren (PLQE) tot 98% waren gesynthetiseerd door het optimaliseren van de beschietingen van tijd¹³ZnS. Evenzo, kwalitatief hoogwaardige, violetblauw QDs met in de omgeving van 100% PLQE werden gesynthetiseerd door het juist beheersen van de temperatuur van de reactie. De violet-blauwe QDs-LED apparaten toonde opmerkelijke luminantie en EQE omhoog tot 4200 cd m^-2 en 3,8%, respectievelijk¹⁴. Deze synthese methode geldt ook voor violette ZnSe/ZnS kern/shell QDs, de QD-LEDs tentoongesteld hoge luminantie (2,632 cd m^-2) en -efficiëntie (EQE=7.83%) met behulp van Cd-vrije QDs¹⁵. Aangezien blauwe quantumdots met hoge PLQE hebben aangetoond, speelt hoge kosten-efficiëntie van de injectie in de QDs laag een andere cruciale rol in het fabriceren van hoogwaardige QD-LEDs. Te vervangen door lange keten oliezuur liganden om te verkorten 1-octanethiol-liganden, de mobiliteit van de elektron van QDs film was toegenomen twee-voudige, en een hoge EQE waarde meer dan 10% werd verkregen van¹⁶. De oppervlakte ligand-uitwisseling kan ook verbetering van de morfologie van QDs film en onderdrukken de fotoluminescentie blussen onder QDs. Bijvoorbeeld, toonde QDs-LED verbeterde Apparaatprestaties met behulp van chemisch geënte QDs-halfgeleidende polymeer hybriden¹⁷. Bovendien, krachtige QDs werden voorbereid door middel van redelijke optimalisatie van de gesorteerde samenstelling en de dikte van de shell QDs, als gevolg van de verbeterde lading injectie, vervoer en recombinatie¹⁸.

In dit werk introduceerden we een gedeeltelijke autoxidized aluminium (Al) kathode ter verbetering van de prestaties van ZnCdS/ZnS ingedeeld op basis van core/shell blauwe QD-LEDs¹⁹. De verandering van de barrière van de potentiële energie van de kathode Al werd bevestigd door de ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) en X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Bovendien, de snelle opladen vervoerder dynamiek op het QDs/Al en QDs / Al: Al₂O₃ interface door time-resolved fotoluminescentie (TRPL) metingen werden geanalyseerd. Om de invloed van gedeeltelijk geoxideerd Al op Apparaatprestaties, QD-LEDs met verschillende kathoden verder te valideren (alleen Al, Al: Al₂O₃, Al₂O₃/Al, Al₂O₃/Al:Al₂O₃, en Alq₃/Al) werden vervaardigd. Dientengevolge, hoge prestaties puur blauw QD-LEDs werden gedemonstreerd door gebruik te maken van Al: Al₂O₃ kathoden, met een maximale luminantie van 13,002 cd m^-2 en de huidige efficiëntie van een piek van 1,15 cd A^-1. Bovendien was er geen extra organische ETL betrokken in de architectuur, die ongewenste parasitaire EL te garanderen van de zuiverheid van de kleur onder verschillende werken spanningen kan voorkomen.

Protocol

1. patroon etsen van Indium Tin Oxide (ITO) glas Gesneden grote stukken van ITO glas (12 cm × 12 cm) 15 mm brede stroken. Reinig het glasoppervlak van de ITO met behulp van een stofvrije doek met alcohol. Neem contact op de geleidende kant van de ITO-glas met een digitale multimeter. Betrekking hebben op het actieve gebied van het ITO-glas met plakband, zodat het actieve gebied 2 mm breed in het midden is. Giet de zinkpoeder op het glas van de ITO (met een dikte van ongeveer 0,5 mm). …

Representative Results

UV-Vis absorptie en fotoluminescentie (PL) spectra werden gebruikt voor het opnemen van de optische eigenschappen van ZnCdS/ZnS ingedeeld kern/shell-gebaseerd blauwe QDs. Transmissie Electronenmicroscopie (TEM) en scanning elektronen microscopie (SEM) beelden werden verzameld voor de morphologies van QDs (Figuur 1). X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS), elektrochemische studie en ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) werden ingezet om de structurele …

Discussion

De architectuur van de blauwe QD-LED uit een ITO transparante anode, een PEDOT:PSS HIL bestaat (30 nm), een Poly-TPD HTL (40 nm), een ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm), en een Al: Al₂O₃ kathode (100 nm). Vanwege het poreuze karakter van de Al-kathode verkregen we een kathode Al geoxideerd door blootstelling aan zuurstof. Figuur 2e en 2f figuur weergeven het energieniveau uitlijning diagrammen van QDs laag met Al en Al: Al₂O₃ W…

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