酸化アルミニウムの陰極の電子注入と部分的に導入することで純粋な青色量子ドット発光ダイオードの励起子閉じ込め
Summary
アルミ、白ネズミの陰極を採用することにより高パフォーマンス、純粋な青 ZnCdS/ZnS 系量子ドット発光ダイオードを製造するためのプロトコルが表示されます。
Abstract
安定的かつ効率的な赤 (R)、緑 (G)、および青 (B) 光源溶液プロセスによる量子ドット (Qd) に基づいては、次世代ディスプレイ ・固体照明技術の重要な役割を果たします。明るさと青色量子ドットを用いた発光ダイオード (Led) の効率のまま光の異なる色のエネルギー レベルが本質的に不利なため、赤と緑の対応に劣る。これらの問題を解決するためにデバイスの構造は発光の量子ドット層に注入穴と電子のバランスを設計必要があります。ここで、単純な自動酸化戦略を通じて純粋な青色量子ドット-Led 高明るいかつ効率的である、デモンストレーション伊藤の構造/PEDOT:PSS/ポリ-TPD/ドット/アル: Al2O3。白ネズミ アル: Al2O3陰極は効果的に注入電荷のバランスをとるし、追加電子輸送層 (ETL) を導入することがなく、輻射再結合を強化できます。その結果、高色飽和の青色量子ドット Led は 13,000 cd m-2、上最大輝度と 1.15 cd A-1の最大電流効率で実現します。容易に制御自動酸化プロシージャ道高パフォーマンスを達成するための道を開くは、量子ドット Led を青します。
Introduction
光発光ダイオード (Led) コロイド状の半導体量子ドットに基づくソリューション加工、可変波長、優れた色純度、柔軟な加工、低など、独自の利点のための大きな関心を集めています。処理費用1,2,3,4。1994 年に量子ドットを用いた Led の最初のデモンストレーション、以来材料とデバイス構造5,6,7をエンジニア リングに多大な努力で取り組んでおります。典型的な量子ドット LED デバイスは、三層アーキテクチャ (HTL) 正孔輸送層、発光層、電子輸送層 (ETL) から成っている設計されています。適切な電荷輸送層の発光の発光層に注入されたホールと電子のバランスをとるために重要です。現在、小さな分子の蒸着は、ETL、例えば、バソクプロイン (BCP)、tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) と 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8として広く使用されます。しかし、アンバランスのキャリア注入をしばしば ETL、不要な寄生エレクトロルミネッ センス (EL) の排出をデバイス パフォーマンス9を悪化する組換え地域のシフトが発生します。
デバイスの効率と環境の安定性を高めるためには、ZnO ナノ粒子の塗布、小分子の蒸着材料の代わりに電子輸送層として導入されました。高輝度 RGB 量子ドット Led は、最大 31,000、68,000、4,200 cd m-2青、それぞれ10緑、オレンジ、赤色の発光の輝度を示す従来のデバイス アーキテクチャの示されました。倒立デバイス アーキテクチャの高性能低ターンオン電圧の RGB ドット Led を実証の明るさと外部量子効率 (EQE) 23,040 cd m-2 ・赤、218,800 cd m-2 7.3% 5.8% の緑と 2,250 cd m-2と青、それぞれ11の 1.7%。注入電荷のバランスをとる、量子ドットの発光層を保持するには、絶縁 poly(methylmethacrylate) (PMMA) 薄膜はドットと ZnO ETL の間挿入されました。最適化された深紅の量子ドット Led 展示高外部量子効率最大 20.5% と低いターンオン電圧のみ 1.7 V12。
以外にも、光の最適化プロパティおよび量子ドットのナノ構造も役割を果たしている重要なデバイス性能を向上。例えば、発光量子と青色量子ドット高輝度 (PLQE) 得られる最大 98% が砲撃時間13ZnS を最適化することで合成されました。ほぼ 100% 反応温度を正確に制御することにより合成した PLQE と同様に、高品質、バイオレット ブルー ドット。バイオレット ブルーのドット LED デバイスを示した顕著な輝度と EQE アップ 4,200 cd m-2と 3.8%、それぞれ14。この合成法はバイオレット ZnSe/ZnS コア ・ シェル量子ドット、量子ドット Led Cd 無料ドット15を使用して高輝度 (2,632 cd m-2) と効率 (EQE=7.83%) を展示しました。高 PLQE と青色量子ドットが実証されて以来、量子ドット層の高電荷注入効率は高性能量子ドット Led の製造において重要な役割を果たしています。長いチェーン オレイン酸配位子 1-オクタンチ オール配位子を短縮するための置換、ドット フィルムの電子移動度は増加の 2 倍、高 EQE 値 10% 以上16が得られました。表面配位子交換はまたドット フィルムの形態を改善し、量子ドットの発光の消光を抑制できます。例えば、量子ドット LED は、化学的に接ぎ木量子ドット半導体高分子ハイブリッド17を使用して改善されたデバイスのパフォーマンスを示した。以外にも、パフォーマンスの高い量子ドットを傾斜組成の合理的な最適化と強化された電荷注入、トランスポート、および再結合18のため、量子ドットにシェルの厚みを用意しました。
この作品は、ZnCdS/ZnS 傾斜コア/シェル ベース ブルー ドット Led19のパフォーマンスを改善するために部分的な白ネズミ アルミニウム (Al) 陰極を導入しました。Al 陰極の潜在的なエネルギー障壁の変化は、紫外光電子分光 (UPS) と x 線光電子分光法 (XPS) により確認された.さらに、高速電荷量子ドット/アルとドットでキャリア ダイナミクス/アル: al2O3を時間分解フォトルミネッ) 測定によって分析しました。さらに部分的酸化 Al の異なるカソードを有する量子ドット Led デバイスのパフォーマンスに及ぼす影響を検証するために (Al のみ, Al: Al2O3Al2O3/Al、Al2O3/Al:Al2O3とAlq3/Al) を作製しました。その結果、高性能の純粋な青 13,002 cd m-2の最大輝度と 1.15 cd A-1のピーク電流効率の Al: Al2O3カソードを用いた量子ドット Led を示した。さらに、その他有機 ETL が使用されなかったデバイス アーキテクチャでは、異なる動作電圧の下で色純度を保証するため不要な寄生エルを避けることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
伊藤の透明陽極、PEDOT:PSS HIL 成っている量子ドット LED ブルーのデバイス アーキテクチャ (30 nm)、ポリ TPD HTL (40 nm)、ZnCdS/ZnS 量子ドット EML (40 nm)、およびアル: Al2O3カソード (100 nm)。Al 陰極の多孔質の性質による酸化 Al 陰極を得られた酸素にさらされました。図 2eと図 2 階アルとアル: Al2O3量子ドット層のエネルギー ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、NSFC (51573042)、ザ キー基本的な研究プログラムの中国国家 973 プロジェクト (2015CB932201)、中国 (JB2015RCJ02、2016YQ06、2016MS50、2016XS47)、中央大学の基礎研究の資金によって支えられました。
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 |
Referências
- 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).
- Chen, O., Wei, H., Maurice, A., Bawendi, M., Reiss, P. Pure colors from core-shell quantum dots. MRS Bull. 38 (09), 696-702 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dai, X., et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots. Nature. 515 (7525), 96-99 (2014).
- 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).
- 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).
- Wang, A., et al. Bright, efficient, and color-stable violet ZnSe-based quantum dot light-emitting diodes. Nanoscale. 7 (7), 2951-2959 (2015).
- 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).
- 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).
- Yang, Y., et al. High-efficiency light-emitting devices based on quantum dots with tailored nanostructures. Nat. Photonics. 9, 259-266 (2015).
- 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).
- Rotole, J. A., Sherwood, P. M. A. Gamma-Alumina (γ-Al2O3) by XPS. Surf. Sci. Spectra. 5 (1), 18-24 (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bai, Z., et al. Hydroxyl-Terminated CuInS2 Based Quantum Dots: Toward Efficient and Bright Light Emitting Diodes. Chemistry of Materials. 28, 1085-1091 (2016).
- 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).
