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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. תבנית תחריט של אינדיום תחמוצת בדיל (ITO) זכוכית
- חותכים חתיכות גדולות של איטו זכוכית (12 ס"מ × 12 ס מ) 15 מ מ נרחב רצועות. לנקות את השטח זכוכית ITO באמצעות מטלית אבק ללא אלכוהול.
- בדוק את הצד ואטימה של הזכוכית איטו עם מולטימטר. לכסות את האזור הפעיל של הזכוכית איטו עם דבק, כך האזור הפעיל הוא 2 מ מ רחב באמצע.
- יוצקים את אבקת אבץ על הזכוכית איטו (ועד לעובי של-0.5 מ מ).
- יוצקים את הפתרון חומצה הידרוכלורית (36 wt %) על גבי המשטח של הזכוכית איטו ולאפשר הזכוכית איטו לחלוטין משרים תמיסת חומצה הידרוכלורית, ואז לחרוט על 15 s.
- שופכים את הפתרון חומצה הידרוכלורית לאחר קורוזיה, ולאחר מכן לשטוף את הזכוכית איטו מים מיד. הסר את סרט דביק על זכוכית ITO.
2. ניקוי הזכוכית איטו
- לטבול את זכוכית ITO צלחת פטרי המכילות אצטון פתרון עבור 15 דקות לנגב את הדבק על הזכוכית איטו באמצעות כדור צמר גפן.
- לחתוך את הזכוכית איטו לחתיכות מרובע (כ 15 מ"מ × 15 מ"מ) כלי לחיתוך זכוכית.
- Sonicate הזכוכית איטו ברצף של דטרגנט, מי ברז, מים יונים, אצטון ומים איזופרופנול למשך 15 דקות.
- מייבשת את הזכוכית איטו עם גז חנקן ואחריו ייבוש בתנור על 150 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות באווירה אוויר.
- מכניסים את הזכוכית איטו נקי חדר סגול-אוזון, להתייחס למשך 15 דקות.
3. ייצור של שכבה הזרקת חור
- להוציא את הפתרון poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) מהמקרר. מערבבים את הפתרון PEDOT:PSS בטמפרטורת החדר במשך 20 דקות להשיג פתרון מפוזר באופן שווה.
הערה: טיפול UV-באוזון (בסעיף 2.5) ועצבנות של פתרון PEDOT:PSS צריכה להתבצע בו זמנית כדי למנוע כישלון הטיפול UV-האוזון. טמפרטורת החדר נשמר ב 25 º C. - לוקח בערך 2 מ של PEDOT:PSS פתרון בעזרת מזרק 10 מ"ל, ולהתקין 0.45 מיקרומטר פוליאטר sulfone (פסי) מסנן על המזרק.
- מקם את הזכוכית איטו במרכזו של הספין-coater. יוצקים 2 טיפות הפתרון PEDOT:PSS לתוך הזכוכית איטו.
- ספין-קואט הפתרון PEDOT:PSS מסוננים על המצע איטו ב-3000 סל ד ל 30 s ולאחר מכן anneal את PEDOT:PSS-מצופה איטו ב 150 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות לתת סרט PEDOT:PSS 30 ננומטר.
4. ייצור של שכבת התעבורה חור
הערה: שכבת התעבורה חור ואת השכבה emissive מיוצרים בתיבת מלא חנקן הכפפות-עם ריכוז חמצן ומים מבוקרת מתחת 50 ppm.
- להמיס poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (פולי-TPD) ב- o-dichlorobenzene (1 מ"ל) עם ריכוז של 25 מ ג מ ל-1. מערבבים בטמפרטורת החדר לילה ב מלא חנקן-הכפפות.
- יוצקים µL 35 בפתרון פולי-TPD אל PEDOT:PSS-מצופה איטו. ספין-המעיל פולי-ה-TPD פתרון ב-3000 סל ד ל 30 s כדי לתת סרט 40 ננומטר פולי-TPD ולאחר מכן anneal ב 150 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.
5. ייצור של שכבת Emissive
- להמיס ZnCdS/ZnS נקודות קוונטיות בפתרון טולואן (300 µL) עם ריכוז של 14.3 מ ג מ ל-1.
- יוצקים µL 35 של הפתרון ZnCdS/ZnS על החלק העליון של פולי-TPD. ספין-קואט הפתרון ZnCdS/ZnS ב-3000 סל ד ל 30 s לתת סרט 40 ננומטר.
הערה: אפייה אין צורך.
6. ואקום התצהיר
- לאחר בלחץ של 10-4 הרשות הפלסטינית מתמלאת, להפקיד אלומיניום Tris(8-Hydroxyquinolinate) (גג גגג3)-מצעים עם קצב של 0.3 Å s-1 ב אידוי תרמי קאמרית לתת סרט 15 ננומטר גג גגג3 .
הערה: גג גגג3 מועבר רק על מבנה התקן של איטו / PEDOT:PSS / פוליפוני-TPD/QDs/גג גגג3/Al. - לגרד שכבה פעילה רחב 2 מ מ עם במגרדת לחשוף את המצע זכוכית ITO.
- הכנס את סובסטרטים מסכה מתכת ולהעביר אותם לתא אידוי תרמי. להפקיד את האלקטרודה אלומיניום, בקצב של 1 Å s-1 לתת 100 ננומטר הסרט באל.
7. Autoxidation השגרה
- להעביר הקתודה באל-מוכן לתוך תנור ואקום ולאחר מכן משאבת אוויר מהתנור עד שזה כמעט ואקום.
- לפתוח את השסתום דפלציה ולהזריק נטול מים אוויר מורכבות (O2= 20%, N2= 80%) לתוך התנור ואקום עם לחץ של 3 × 104 סבא נישחק ל- 0, 4.5, 12, ו- h 17 בטמפרטורת החדר (בתנור).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
UV-Vis הקליטה ספקטרה פוטולומיניסנציה (PL) שימשו כדי להקליט את התכונות האופטיות של ZnCdS/ZnS מדורגים מבוססת על ליבה/מעטפת כחולה QDs. במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) נאספו עבור מורפולוגיות של QDs (איור 1). רנטגן photoelectron ספקטרוסקופיה (XPS) מחקר אלקטרוכימי, ספקטרוסקופיה photoelectron אולטרה סגול (UPS) הועסקו כדי לזהות מאפיינים מבניים של רמות האנרגיה של QDs (איור 2). זמן לפתור מדידות פוטולומיניסנציה (TRPL) שימשו כדי לזהות את הדינמיקה נושאת מטען מהיר על הממשק בין QDs/Al QDs / Al: אל2O3 (איור 3). בסופו של דבר, הביצועים EL נוריות-QD היה שבוצעו (איור 4 איור 5, טבלה 1).
איור 1a מציג את הספיגה מול UV ואת PL ספקטרום הפליטה של ZnCdS/ZnS ציון מבוססת על ליבה/מעטפת QDs כחול התפזרו טולואן. הפתרון QDs הראה יתרון הקליטה ב ~ 456 nm ו לשיא טהור הכחולים העמוקים פליטה הממוקמת 451 ננומטר רוחב מלא צר חצי מקסימום (FWHM) של רק 17.8 ננומטר. סקיצה דיאגרמה של QDs במופע שיבוץ כי מבנה ליבה מדורגת/מעטפת QDs הם כתרים עם קצר-שרשרת 1-octanethiol כמו ליגנדים משטח. באמצעות a קצר-שרשרת, 1-octanethiol מולקולה להחליף מולקולות אורגניות ארוכי שרשרת, המרחק בין QDs מתקצר, אשר משפר את המאפיינים הזרקת תשלום בסרט QDs. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) שידור נציג של ZnCdS/ZnS כחול QDs הראה התפלגות גודל אחיד יחסית, קוטר ממוצע יכול להיקבע להיות ± 1.7 14 nm (איור 1b). יכול להיות שנצפו הדרגתי מתמשך ההרכב הכימי פנימה QDs מהמראה מיקרוסקופ אלקטרונים (HRTEM) שידור ברזולוציה גבוהה של QD ZnCdS/ZnS יחיד כפי שמוצג באיור 1 c. איור 1 d מציגה תמונת SEM של השכבה QDs מצופים ספין על המצע פולי-TPD כמו בשימוש המכשיר פבריקציה נוספת. שכבה QDs אחיד ובלתי מבוטחות ניתן לראות מהתמונה SEM, המציין את המאפיינים טוב יוצרי הסרטים של QDs.
מאפייני כימי משטח autoxidized Al קטודית נותחו על ידי מדידה XPS. כפי שמוצג באיור 2a, הספקטרום XPS של אורביטל p 2 Al יכול להיות מצויד עם שלוש פסגות. הפסגות-72.7 74.3, 75.5 eV שיתאימו אטומים מתכתיים באל, γ שלב אל2O3, AlO אמורפיx20. וולטמטריה ציקלית אלקטרוכימי (CV) המדידה בוצע כדי לקבוע את ערכיות (VB) ואת רמות האנרגיה של הלהקה (CB) הולכה של ה QDs ZnCdS/ZnS21. כמופיע ב איור 2b, חמצון תחילת פוטנציאליים וצמצום תחילת פוטנציאליים היו נחושים להיות-1.13, 1.69 V, בהתאמה. כתוצאה מכך, חושבו הערכים VB ו- CB עבור ZnCdS/ZnS QDs להיות 3.58 ו- 6.4 eV, בהתאמה. מדדנו את פונקציות העבודה של השכבה QDs ו הקתודה Al מחומצן חלקית על ידי UPS (איור 2 c). פונקציות העבודה של QDs ואל: Al2O3 היו eV 3.87 ו- 3.5, בהתאמה, אשר חושבו על-ידי חיסור האנרגיות בקצוות משני אלקטרונים מן האנרגיה של המקור סגול הוא אני (21.22 eV). הדיאגרמה רמת האנרגיה של ההתקן נתון איור דו-ממדי. 2e איור , איור 2f להציג הדיאגרמות יישור רמת האנרגיה של השכבה QDs עם2O Al ואל: Al3. פונקציית העבודה ורמת פרמי של הקתודה Al נלקחו מ22,ח הקודם23.
בשלב הבא, מדדנו את ספקטרום TRPL של שכבות QDs כדי לקבוע את הדינמיקה נושאת מטען (איור 3). עקומות TRPL היו מצויד ידי נרקב bi-מעריכית. עבור QDs, QDs/Al QDs / Al: Al2O3 דגימות, חיים ממוצע היו 8.945, 4.839 ו 5.414 ns, בהתאמה. לעומת QDs/מלאכותית לטעום, את QDs / Al: Al2O3 מדגם הציג פעם בחיים ארוכים יותר, אשר יכול ולשייך את השיפור של אלקטרון הזרקת ואת הדיכוי של רקומבינציה ללא קרינה.
כדי להמשיך ולאמת את השפעת חלקית autoxidized Al קטודית על ביצועי המכשיר QD-נוריות, זוייפו. QDs שכבות emissive יצר קשר עם cathodes שונים. הפרמטרים ביצועים נוריות-QD עם cathodes שונים מסוכמים בטבלה1. ההתקן עם קטודה Al טהור מציג בהירות נמוכה של תקליטור 435 מ'-2 עקב הזרקת תשלום לא יעיל (איור 4a). על מנת לשפר את יכולת שידור אלקטרוני, שכבה 15 ננומטר גג גגג3 הציגו ETL לאזן את ההאשמות מוזרק. כתוצאה מכך, הבהירות של המכשיר QDs-LED השתפר 1,300 cd מ-2. לאחר טיפול חמצון, המכשיר QD-נוריות (Al: אל2O3) הציג הופעה דרמטית משופרת עם בהירות מקסימלית של 13,002 cd ז-2 פחות וביעילות מרבית הנוכחי של 1.15 תקליטור א-1. תובנות חדשות היחסים בין ביצועי התקן וטיפול חמצון נכבשו על-ידי הוספת שכבת3 ודק במיוחד של2O Al (1.5 ננומטר) כמתואר ב- 24. עם זאת, המכשיר /Al Al2O3הציג של זוהר מרבי של תקליטור 352 ז-2, אשר אין שיפור לעומת המכשיר מבוסס-Al חשופות. Al התקן של2O3/Al:Al2O3 הציג רמה צנוע של זוהר יעילות (10,600 cd מ'-2 ו- 1.12 cd א-1), ואת מתח גבוה יחסית מגרה (כהגדרתו תקליטור 1 מ-2) של 4.8 (פ') ה CE-J עקומות QD-נוריות מוצגים באיור 4b. היעילות המרבית של המכשירים עם Al: אל2O3 , אל2O3/Al:Al2O3 הגיעו 1.15, 1.12 תקליטור א-1, בהתאמה, אשר היה גבוה בהרבה מזה של מכשירים עם באל, Al 2 O3/Al וגג גגג cathodes /Al3. באופן כללי, מתח יישומית גבוהה יניעו ההפרדה המרחבי של פונקציות גל אלקטרון, חור, צריך להפחית באופן דרמטי את קצב רקומבינציה קרינה בתוך השכבה QDs. הקתודה autoxidized Al: אל2O3 יכול לדכא אקסיטון שהקשה על צפיפות זרם גבוה, עקב הזרקה משופרת אלקטרון חור חסימת יכולות. איור 4 c מתארת את J-V ו- L-V עקומות נוריות-QD כפונקציה של הזמן autoxidation. המכשיר אופטימיזציה הושג על-ידי שימוש של 12 שעות autoxidized Al הקתודה.
איור 5a מראה שספקטרום EL מנורמל נוריות-QD בהתבסס על cathodes שונים. פסגת EL Al: Al2O3 המכשיר היה ממוקם 457.3 ננומטר עם FWHM של 21.4 היחידה nm, אשר הצביע אור כחול טהור ללא כל פליטה EL טפילית. . Contrastively, הספקטרום EL בהתבסס על גג גגג3/Al קטודית מראה של EL טפיליות שמקורם גג גגג3. יכול להיות שנצפו יציב פליטה EL Al: Al2O3 המבוסס על מכשיר תחת הטיות שונות יישומית (איור 5b). כמופיע באיור 5ג', הקוארדינטה של EL ספקטרום מאתר קצה הדיאגרמה צבעוניות של הנציבות הבינלאומית דה L'Eclairage (CIE), וכתוצאה מכך צבע רווי גבוה. תאנה יור 5 d מראה הצילומים ההפעלה של QD-נוריות, אשר ניתן להכין בקלות עם שטח גדול של 1 ס מ2.
איור 1: התכונות האופטיות מורפולוגיות של ZnCdS/ZnS מדורגים מבוססת על ליבה/מעטפת QDs כחול. () ספקטרום בליעה ו- PL של QDs ZnCdS/ZnS מופץ בפתרון טולואן. (b) TEM תמונה ותמונה (c) HRTEM של תמונת SEM QDs. (d) של הסרט QDs מצופים ספין על המצע פולי-TPD כמו בשימוש המכשיר פבריקציה נוספת. הודפס מחדש באישור מ 19. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: השתמש רנטגן photoelectron ספקטרוסקופיה (XPS), מחקר אלקטרוכימי, ספקטרוסקופיה photoelectron אולטרה סגול (UPS) כדי לזהות את המאפיינים המבניים ואת רמות האנרגיה של QDs. () באל p 2 מסלולית XPS ספקטרום של autoxidized Al: אל2O3 הקתודה. עקומות (ב') וולטמטריה ציקלית (CV) של הפתרון QDs ZnCdS/ZnS. (ג) קופצים ספקטרום של הסרט QDs ZnCdS/ZnS ו- autoxidized Al: אל2O3 הקתודה שהוכנו על איטו סובסטרטים. שיבוץ הוא תצוגה מלאה הספקטרום. (ד) שטוח הלהקה דיאגרמה רמת האנרגיה של המכשיר QD-LED. רמת האנרגיה (e) דיאגרמה QDs/Al ממשק, (f) את QDs / Al: Al2O3 ממשק. הודפס מחדש באישור מ 19. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: פוטולומיניסנציה זמן לפתור דעיכה עבור QDs סרטים קשר עם שכבות שונות. הודפס מחדש באישור הפניה19. עקומות TRPL היו מצויד ידי נרקב bi-מעריכית. לעומת QDs/מלאכותית לטעום, את QDs / Al: Al2O3 הדגימה המוצגים פעם בחיים ארוכים יותר, אשר יכול ולשייך את השיפור של אלקטרון הזרקת והדיכוי של רקומבינציה ללא קרינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: EL ביצועים נוריות-QD בהתבסס על cathodes שונה. () צפיפות זרם זוהר-מתח (J-L-V) ועקומות (b) הנוכחי צפיפות יעילות-זרם (CE-J) האופיינית של מכשירים עם cathodes שונים. עקומות (c) J-L-V של מכשירים עם הזמן autoxidized cathodes Al השונים. הודפס מחדש באישור מ19. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: EL ספקטרה, קואורדינטות CIE וצילומים ההפעלה של Al: אל2O3 מבוסס QD-נוריות. () EL ספקטרה נוריות-QD בהתבסס על באל, Al: אל2O3, אל2O3: Al, אל2O3/Al:Al2O3 וגג גגג cathodes /Al3. שיבוץ הוא תצלומי QD-נוריות הפעלה עם אזור פעיל של 4 מ מ2. (b) EL ספקטרה נוריות-QD נגזר הטיות שונות. קואורדינטות CIE (c) של Al: Al2O3 מבוסס QD-נוריות. (ד) ההפעלה תצלומים נוריות-QD עם אזור פעיל של 1 ס מ2. הודפס מחדש באישור מ 19. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| סוג המדגם | שיא הזוהר | שיא היעילות הנוכחי | מתח מדליק | שיא פליטה | FWHM |
| (תקליטור מ-2) | (cd-1) | (V) | (אן אם) | (אן אם) | |
| Al | 435 | 0.11 | 3.56 | 459.1 | 22.5 |
| Al: אל2O3 | 13002 | 1.15 | 3.83 | 457.3 | 21.4 |
| Al2O3/Al | 352 | 0.11 | 3.70 | 458.8 | 20.9 |
| אל2O3/Al:Al2O3 | 10600 | 1.12 | 4.80 | 457.1 | 20.8 |
| גג גגג3/Al | 1300 | 0.57 | 4.20 | 455.9 | 17.5 |
טבלה 1: EL פרמטרים נוריות-QD בהתבסס על cathodes שונה. הודפס מחדש באישור הפניה19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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 האנרגיה של שכבת QDs עם2O Al ואל: Al3. כאשר QDs קשר הקתודה באל, איש קשר Schottky נוצר ב הממשק QDs/Al, אשר מציג התנגדות פנימית גדולה כדי לעכב את הזריקה אלקטרון בין הקתודה (2e איור). כאשר QDs קשר Al: Al2O3 הקתודה, איש קשר ohmic נוצר ב QDs / Al: Al2O3 ממשק (איור 2f), אשר מפחית את המכשול הזרקת אלקטרון ומאיץ את הזריקה אלקטרון. הירידה של המכשול אנרגיה פוטנציאלית-ממשק QDs/קטודית שייעלו הזרקת אלקטרון, להפחית את צריכת האנרגיה. להמשיך לחקור את אקסיטון שכבתה אפקט הממשק QDs/קטודית, נותחו ספקטרום TRPL (איור 3). QDs / Al: Al2O3 המדגם הראה זמן ארוך יותר של דעיכה PL (5.414 ns) בהשוואה לזה של המדגם QDs/Al (4.839 ns), המציינת את שיכוך שהקשה הפריה חוץ גופית-QD/קטודית ממשק25,26. לכן, ביצועי התקן המשופרת ניתן ולשייך את מחסום פוטנציאל מופחתת ואת הדיכוי של הפריה חוץ גופית שכבתה.
Al: Al2O3 הקתודה ניתן להכין על ידי הליכים autoxidation לשליטה. יצוין, כי יש ETL נוספים לא מעורב בפרוטוקול. ביצועי המכשיר צפוי להשתפר עוד יותר לאחר שילוב הקתודה autoxidized Al: אל2O3 עם ETL אחרים (למשל, ZnO)12,13,15.
לסיכום, הוצגו שיטה כדי לשפר את הבהירות ואת היעילות של QD כחול-נוריות באמצעות autoxidized Al הקתודה. גבוהה רווי צבע כחול QD-נוריות הוכחו עם בהירות השיא של 13,002 cd ז-2 פחות והיעילות של השיא הנוכחי של 1.15 cd א-1, בין הביצועים הטובים ביותר על-פי דיווחים בעבודות אחרות. להיות ייחסה את ביצועי המכשיר משופרת הזרקה משופרת אלקטרון, הפריה חוץ גופית מודחקים שכבתה. לכן, השיטה המובאת פרוטוקול זה הוא צעד חשוב לקראת מימוש התקנים QD-LED כחול בעל ביצועים גבוהים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אין לנו לחשוף.
Acknowledgments
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
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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).
