Iniezione di elettroni avanzata e confinamento eccitone per diodi emettitori di luce pura blu Quantum-Dot introducendo parzialmente ossidato catodo in alluminio
Summary
Un protocollo è presentato per fabbricare ad alte prestazioni, puri blu ZnCdS/ZnS-basato quantum dots diodi emettitori di luce impiegando un catodo di alluminio autoxidized.
Abstract
Stabile ed efficiente rosso (R), verde (G) e fonti di luce blu (B) basati su punti quantici di soluzione-trattati (QD) giocano un ruolo importante nei display di nuova generazione e tecnologie di illuminazione a stato solido. La luminosità e l’efficienza di blu basato su QD diodi emettitori di luce (LED) rimangono inferiori alle loro controparti rossi e verde, a causa dei livelli di energia intrinsecamente sfavorevoli dei diversi colori della luce. Per risolvere questi problemi, una struttura periferica dovrebbe essere progettata per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nello strato QD emissivo. Qui, attraverso una strategia di autossidazione semplici, QD-LED blu puri che sono altamente luminose ed efficienti sono dimostrate, con una struttura di ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QD/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 catodo può efficacemente bilanciare le accuse iniettate e usufruire di ricombinazione radiativa senza introdurre uno strato supplementare di trasporto dell’elettrone (ETL). Di conseguenza, alto colore saturo blu QD-LED si ottengono con una luminanza massima oltre 13.000 cd m-2e un’efficienza massima corrente di 1,15 cd A-1. QD-LED blu l’apre di procedura autossidazione facilmente controllabile la strada per il raggiungimento di elevate prestazioni.
Introduction
Diodi emettitori di luce (LED) basati su punti quantici di semiconduttore colloidali hanno attirato grande interesse a causa della loro vantaggi unici, tra cui lavorabilità soluzione, lunghezza d’onda di emissione sintonizzabile, purezza di colore eccellente, fabbricazione flessibile e basso elaborazione costo1,2,3,4. Poiché le prime dimostrazioni di LED basati su QD nel 1994, enormi sforzi sono stati dedicati all’ingegneria materiali e dispositivo strutture5,6,7. Un tipico dispositivo QD-LED è progettato per avere un’architettura di sandwich a tre strati che consiste di un livello di trasporto del foro (HTL), un livello emissivo e uno strato di trasporto dell’elettrone (ETL). La scelta di un livello di trasporto di carica adatto è fondamentale per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nel livello emissivo per ricombinazione radiativa. Attualmente, vuoto-depositati piccole molecole sono ampiamente usati come ETL, per esempio, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) e 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Tuttavia, l’iniezione di vettore sbilanciato spesso provoca lo spostamento di regione di ricombinazione di ETL, facendo delle emissioni indesiderate parassita elettroluminescenza (EL) e peggiorando le prestazioni dispositivo9.
Per migliorare l’efficienza del dispositivo e la stabilità ambientale, elaborata soluzione di nanoparticelle di ZnO sono stati introdotti come uno strato di trasporto dell’elettrone anziché vuoto-depositati materiali della piccolo-molecola. QD-LED RGB altamente luminosi sono stati dimostrati per architettura dei dispositivi convenzionali, mostrando di luminanza fino a 31.000, 68.000 e 4.200 cd m-2 per emissione di rosso-arancio, verde e blu, rispettivamente10. Per un’architettura di dispositivo invertito, ad alte prestazioni QD-LED RGB con Disabilita bassa tensione sono stati dimostrati con successo con luminosità ed efficienza quantica esterna (EQE) di cd 23.040 m-2 e 7,3% per rosso, 218.800 cd m-2 e del 5,8% per verde e cd 2.250 m-2 e 1,7% per il blu, rispettivamente11. Per bilanciare le accuse iniettate e preservare il livello emissivo QD, una pellicola sottile di isolante poly(methylmethacrylate) (PMMA) è stata inserita tra i QD e ZnO ETL. QD-LED rosso-cupo ottimizzato ha esibito efficienza quantica esterna alta fino a 20,5% e una tensione di accensione basso di soli 1,7 V12.
Inoltre, ottimizzando l’optoelettronici proprietà e nanostrutture di QD anche gioca un ruolo cruciale nell’aumentare le prestazioni del dispositivo. Per esempio, altamente fluorescente blu QD con fotoluminescenza quantistica produrre (PLQE) fino a 98% sono stati sintetizzati attraverso ottimizzazione ZnS sgranare tempo13. Allo stesso modo, alta qualità, blu-violetto QD con vicino 100% PLQE sono stati sintetizzati con precisione il controllo della temperatura di reazione. Il blu-violetto QD-LED dispositivi ha mostrati notevole luminosità ed EQE fino a 4.200 cd m-2 e 3.8%, rispettivamente14. Questo metodo di sintesi è anche applicabile alla violetta ZnSe/ZnS core/shell QD, i QD-LED ha esibito ad alta luminanza (cd 2.632 m-2) ed efficienza (EQE=7.83%) utilizzando Cd-free QD15. Poiché sono stati dimostrati punti quantici blu con alta PLQE, efficienza di iniezione ad alta carica nello strato QD svolge un altro ruolo cruciale nella fabbricazione ad alte prestazioni QD-LED. Sostituendo i ligandi di acido oleico a lunga catena per accorciare ligandi 1-octanethiol, la mobilità di elettrone di QD film era aumentato due volte, e un alto valore EQE oltre il 10% è stato ottenuto16. Lo scambio di superficie ligando può anche migliorare la morfologia della pellicola QD e sopprimere il quenching della fotoluminescenza tra QD. Per esempio, QD-LED ha mostrato prestazioni migliorate dispositivo utilizzando chimicamente innestati QD-semiconduttori polimerici ibridi17. Inoltre, ad alte prestazioni QD sono stati preparati tramite ottimizzazione ragionevole della composizione graduata e spessore del guscio QD, dovuto l’iniezione di carica avanzato, trasporti, ricombinazione18.
In questo lavoro, abbiamo introdotto un catodo di alluminio (Al) autoxidized parziale per migliorare le prestazioni di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD-LED19. Il cambiamento della barriera di energia potenziale del catodo Al è stato confermato mediante spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) e spettroscopia fotoelettronica a raggi x (XPS). Inoltre, il digiuno carica dinamica di vettore al QD/Al e QD / Al: Al2O3 interfaccia sono stati analizzati mediante misure di fotoluminescenza risolta in tempo (TRPL). Al fine di convalidare ulteriormente l’influenza di Al parzialmente ossidato sulle prestazioni del dispositivo, QD-LED con catodi diversi (Al solo, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, e ALQ3/Al) sono stati fabbricati. Di conseguenza, blu puro ad alte prestazioni, QD-LED sono stati dimostrati impiegando Al: Al2O3 catodi, con una luminosità massima di 13.002 cd m-2 e un’efficienza di corrente di picco di 1,15 cd A-1. Inoltre, non c’era nessun ulteriori ETL biologici coinvolti nell’architettura di dispositivo, che può evitare EL parassita indesiderato per garantirne la purezza di colore sotto diverse tensioni di lavoro.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’architettura del dispositivo del blu QD-LED è costituito da un anodo trasparente di ITO, un HIL PEDOT:PSS (30 nm), un HTL Poly-TPD (40 nm), un ZnCdS/ZnS QD EML (40 nm) e un catodo di Al: Al2O3 (100 nm). A causa del carattere poroso del catodo Al, abbiamo ottenuto un ossidato Al catodo esponendolo all’ossigeno. Figura 2e e 2f figura visualizzare i diagrammi di allineamento del livello di energia dello strato di QD con Al e Al: Al2</s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da NSFC (51573042), The National chiave base ricerca programma della Cina (progetto 973, 2015CB932201), fondi di ricerca fondamentali per le Università centrale, Cina (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 |
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