הזרקה משופרת אלקטרון וכליאתם אקסיטון עבור טהור קוונטית-נקודה כחולה דיודות פולטות אור על ידי החדרת חלקית תחמוצת אלומיניום קטודה
Summary
פרוטוקול זה הציג בדיית ביצועים גבוהים, טהור כחול מבוססת על ZnCdS/ZnS קוונטית נקודות דיודות פולטות אור על ידי העסקת קטודית אלומיניום של autoxidized.
Abstract
יציב ויעיל אדום (R), ירוק (G), כחול (B) מקורות אור המבוסס על נקודות קוונטיות פתרון-מעובד (QDs) תפקיד חשוב הדור הבא מציג ובטכנולוגיות solid-state תאורה. הבהירות ואת היעילות של כחול מבוססי QDs דיודות פולטות אור (נוריות) נשארים נחות המקבילים אדום וירוק, עקב רמות אנרגיה שלילי מיסודו של צבעים שונים של אור. כדי לפתור בעיות אלה, מבנה התקן צריך להיות מתוכנן כדי לאזן את הזרקת חורים ואלקטרונים לשכבה QD emissive. במסמך זה, באמצעות אסטרטגיה autoxidation פשוטה, טהורה כחול QD-נוריות אשר הינם מוארים מאוד יעיל מודגמות, עם מבנה של איטו / PEDOT:PSS / פוליפוני-TPD/QDs/Al: אל2O3. Autoxidized Al: Al2O3 הקתודה יכול ביעילות לאזן את ההאשמות מוזרק ולשפר רקומבינציה קרינה ללא היכרות עם שכבת התעבורה אלקטרון נוסף (ETL). כתוצאה מכך, גבוהה רווי צבע כחול QD-נוריות מושגות עם זוהר מרבי של מעל 13,000 תקליטור מ-2, בנצילות מקסימאלית הנוכחי של 1.15 תקליטור א-1. Autoxidation לשליטה הליך סוללת את הדרך להשגת ביצועים גבוהים כחולים QD-נוריות.
Introduction
דיודות פולטות אור (נוריות) המבוסס על נקודות קוונטיות מוליכים למחצה colloidal משכו עניין רב בשל יתרונות ייחודיים, כולל פתרון processability, פליטה tunable גל, טוהר צבע מעולה, גמישות ייצור נמוכה עיבוד עולה1,2,3,4. מאז ההפגנות הראשונות של נוריות מבוססי QDs בשנת 1994, מאמצים אדירים יש הוקדש הנדסת חומרים של המכשיר מבנים5,6,7. מכשיר QD-LED טיפוסי נועד יש ארכיטקטורת שכבות 3 כריך המורכב של שכבת התעבורה חור (שהותכם), שכבת emissive בשכבת התעבורה אלקטרון (ETL). הבחירה של שכבת תעבורה תשלום מתאים הוא קריטי כדי לאזן את החורים מוזרק ואלקטרונים אל שכבת emissive עבור קרינה רקומבינציה. כיום, שהופקדו ואקום מולקולות קטנות נמצאים בשימוש נרחב כמו ETL, למשל, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (גג גגג3) ו- 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (טז)8. עם זאת, הזריקה המוביל מאוזנות לעיתים קרובות גורם משמרת אזור רקומבינציה ETL, שהופך electroluminescence טפיליות לא רצויים (EL) פליטת והתפוררות ביצועי המכשיר9.
כדי לשפר את יעילות ההתקן ואת יציבות סביבתית, פתרון-מעובד חלקיקים ZnO הוכנסו כשכבת אלקטרון התחבורה במקום החומרים מולקולה קטנה שהופקדו ואקום. QD RGB מאוד בהיר-נוריות היו הפגינו עבור ארכיטקטורת ההתקן קונבנציונאלי, מראה בוהק עד 31,000, 68,000 cd כ- 4,200 מ-2 עבור פליטה של כתום-אדום, ירוק וכחול, בהתאמה10. עבור ארכיטקטורת ההתקן הפוכה, RGB QD-נוריות ביצועים גבוהים עם הפעל את מתח נמוך היו הפגינו בהצלחה עם בהירות, יעילות קוונטית חיצוניים (EQE) של 23,040 תקליטור מ-2 , 7.3% עבור תקליטור 218,800 אדום, ז-2 ו- 5.8% עבור גרין, ו 2,250 cd ז-2 -1.7% כחול, בהתאמה11. כדי לאזן את ההאשמות מוזרק ולשמר את השכבה emissive QDs, סרט דק בידוד poly(methylmethacrylate) (PMMA) הוכנס בין QDs ZnO ETL. באדום עמוק ממוטבת QD-הנוריות הציג היעילות הקוונטית חיצוני גבוה עד 20.5% ומתח נמוך מדליק של V רק 1.712.
חוץ מזה, אופטימיזציה של מעגל את המאפיינים ואת nanostructures של QDs גם ממלא תפקיד מכריע להגביר את ביצועי המכשיר. למשל, מאוד פלורסנט QDs כחולים עם פוטולומיניסנציה קוונטית תשואה (PLQE) עד 98% היו מסונתז דרך מיטוב של ZnS הפגזות הזמן13. באופן דומה, באיכות גבוהה, סגול-כחול QDs עם ליד 100% PLQE היו מסונתז על ידי בדיוק שליטה על טמפרטורת התגובה. סגול-כחול זוהר מדהים התקנים הראה QDs-LED ים -EQE עד ל cd כ- 4,200 מ-2 ו- 3.8%, בהתאמה14. שיטה סינתזה זו ישימה גם על ZnSe/ZnS סגול ליבה/מעטפת QDs, QD-הנוריות הציג בוהק גבוה (2,632 cd ז-2) ויעילות (EQE=7.83%) על-ידי שימוש QDs ללא תקליטור15. מאז נקודות קוונטיות כחולים עם PLQE גבוהה הוכחו, תשלום גבוה יעילות הזרקת לשכבת QDs ממלאת תפקיד מכריע נוסף בבדיית QD-נוריות ביצועים גבוהים. על ידי החלפת זמן שרשרת חומצה אולאית ליגנדים לקצר ליגנדים 1-octanethiol, ניידות אלקטרונים של הסרט QDs הייתה כפולה מוגברת, ערך EQE גבוה מעל 10% הושג16. החלפת ליגנד משטח יכול גם לשפר את המורפולוגיה של הסרט QDs, לדכא את שכבתה פוטולומיניסנציה בין QDs. למשל, QDs-LED הראה המכשיר שיפור ביצועים על-ידי שימוש כימי המושתל מוליכים למחצה QDs פולימר כלאיים17. חוץ מזה, ביצועים גבוהים QDs הוכנו דרך סבירה אופטימיזציה של ההרכב מדורגת ועובי של מעטפת QDs, עקב הזרקת תשלום משופרת, תחבורה, רקומבינציה18.
בעבודה זאת, הצגנו קטודית אלומיניום (Al) autoxidized חלקית כדי לשפר את הביצועים של ZnCdS/ZnS מדורגים מבוססת על ליבה/מעטפת כחולה QD-נוריות19. השינוי של המכשול אנרגיה פוטנציאלית של הקתודה Al אושר ע י photoelectron סגול ספקטרוסקופיה (UPS) ו photoelectron הספקטרומטריה (XPS). יתר על כן, המהיר לחייב נושא הדינמיקה QDs/Al ו QDs / Al: Al2O3 ממשק נותחו על ידי מדידות זמן לפתור פוטולומיניסנציה (TRPL). על מנת לתת תוקף נוסף השפעת Al מחומצן חלקית על ביצועי התקן, QD-נוריות עם cathodes שונים (רק אל, Al: אל2O3, אל2O3/Al, אל2O3/Al:Al2O3, ו- גג גגג3/Al) היו מפוברק. כתוצאה, ביצועים גבוהים כחול טהור QD-נוריות היו הוכח על-ידי העסקת Al: Al2O3 cathodes, של זוהר מרבי של 13,002 cd ז-2 וביעילות השיא הנוכחי של 1.15 תקליטור א-1. יתר על כן, היה ETL אורגניים נוספים לא מעורב בארכיטקטורת המכשיר, אשר יכול למנוע EL טפיליות לא רצויים כדי להבטיח את טוהר צבע תחת מתחים עבודה שונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הארכיטקטורה התקן של הכחול QD-LED מורכב אנודת שקוף איטו, היל PEDOT:PSS (30 nm), שהותכם פולי-TPD (40 ננומטר), EML QDs ZnCdS/ZnS (40 ננומטר), ו Al: Al2O3 קטודית (100 ננומטר). בשל אופי הקתודה Al נקבובי, השגנו על הקתודה Al מחמצנים על ידי לחמצן. 2e איור , איור 2f להציג הדיאגרמות יישור רמת ה?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי NSFC (51573042), הלאומי מפתח בסיסי מחקר תוכנית של סין (973 הפרוייקט, 2015CB932201), קרנות מחקר בסיסי האוניברסיטאות המרכזי, סין (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 |
References
- 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).
