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Engineering

आंशिक रूप से ऑक्सीकरण एल्यूमीनियम कैथोड शुरू करके शुद्ध नीले क्वांटम-डॉट प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए बढ़ाया इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन और Exciton संशोधन

Published: May 31, 2018 doi: 10.3791/57260
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 2,3, 3, 1
1State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, 2Department of Mathematics, Quaid-I-Azam University, 3NAAM Research Group, Faculty of Science, King Abdulaziz University

Summary

एक प्रोटोकॉल उच्च प्रदर्शन, शुद्ध नीले ZnCdS/ZnS आधारित क्वांटम डॉट्स प्रकाश उत्सर्जक डायोड एक autoxidized एल्यूमीनियम कैथोड को रोजगार के निर्माण के लिए प्रस्तुत किया है ।

Abstract

स्थिर और कुशल लाल (नि.), ग्रीन (जी), और ब्लू (बी) प्रकाश स्रोतों समाधान के आधार पर प्रसंस्कृत क्वांटम डॉट्स (QDs) अगली पीढ़ी प्रदर्शित करता है और ठोस राज्य प्रकाश प्रौद्योगिकियों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं । चमक और नीली QDs आधारित प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी) की क्षमता अपने लाल और हरे समकक्षों के लिए अवर रहते हैं, प्रकाश के विभिन्न रंगों के अंतर्निहित प्रतिकूल ऊर्जा स्तर के कारण. इन समस्याओं को हल करने के लिए, एक डिवाइस संरचना छोड़नेवाला QD परत में इंजेक्शन छेद और इलेक्ट्रॉनों संतुलन के लिए डिजाइन किया जाना चाहिए । इस के साथ साथ, एक सरल autoxidation रणनीति के माध्यम से, शुद्ध नीले QD-एल ई डी जो अत्यधिक उज्ज्वल है और कुशल प्रदर्शन कर रहे हैं, इतो/PEDOT की संरचना के साथ: PSS/पाली-TPD/QDs/अल: अल2ओ3। autoxidized अल: अल2ओ3 कैथोड प्रभावी ढंग से इंजेक्शन शुल्क संतुलन और एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन परिवहन परत (ETL) शुरू करने के बिना radiating संयोजन बढ़ाने कर सकते हैं । एक परिणाम के रूप में, उच्च रंग-संतृप्त ब्लू QD-एल ई डी १३,००० सीडी एम पर एक अधिकतम चमकदार के साथ प्राप्त कर रहे हैं-2, और एक अधिकतम वर्तमान दक्षता की १.१५ cd a-1. आसानी से नियंत्रित autoxidation प्रक्रिया उच्च प्रदर्शन ब्लू QD-एल ई डी प्राप्त करने के लिए मार्ग प्रशस्त ।

Introduction

कोलाइडयन अर्धचालक क्वांटम डॉट्स पर आधारित प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एल ई डी) उनके अद्वितीय लाभ, समाधान प्रक्रिया, स्वरित्र उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य, उत्कृष्ट रंग शुद्धता, लचीला निर्माण, और कम सहित के कारण महान रुचि को आकर्षित किया है संसाधन लागत1,2,3,4। QDs के पहले प्रदर्शनों के बाद से १९९४ में एल ई डी आधारित है, जबरदस्त प्रयासों सामग्री और उपकरण संरचनाओं5,6,7इंजीनियरिंग के लिए समर्पित किया गया है । एक ठेठ QD-एलईडी डिवाइस एक छेद परिवहन परत (HTL), एक छोड़नेवाला परत, और एक इलेक्ट्रॉन परिवहन परत (ETL) के होते हैं, जो एक तीन स्तरित सैंडविच वास्तुकला के लिए बनाया गया है । एक उपयुक्त प्रभारी परिवहन परत के विकल्प radiating के संयोजन के लिए छोड़नेवाला परत में इंजेक्शन छेद और इलेक्ट्रॉनों संतुलन के लिए महत्वपूर्ण है । वर्तमान में, निर्वात जमा छोटे अणुओं व्यापक रूप से ETL के रूप में इस्तेमाल कर रहे हैं, मसलन, bathocuproine (BCP), tris (८-Hydroxyquinolinate) (Alq३), और ३-(biphenyl-४-yl)-५-(४-tertbutylphenyl) -4-फिनाइल-4H-१, २, ४-triazole (TAZ)८. हालांकि, असंतुलित वाहक इंजेक्शन अक्सर ETL करने के लिए संयोजन क्षेत्र बदलाव का कारण बनता है, अवांछित परजीवी electroluminescence (एल) उत्सर्जन और बिगड़ती डिवाइस प्रदर्शन9बनाने ।

उपकरण कुशलता और पर्यावरणीय स्थिरता को बढ़ाने के लिए समाधान-प्रसंस्कृत जिंग नैनोकणों को निर्वात-जमा छोटे-अणु पदार्थों के बदले इलेक्ट्रॉनक परिवहन परत के रूप में पेश किया गया. उच्च उज्ज्वल आरजीबी QD-एल ई डी पारंपरिक डिवाइस वास्तुकला के लिए प्रदर्शन किया, ३१,०००, ६८,०००, और ४,२०० सीडी एम-2 के उत्सर्जन के लिए चमकदार दिखा रहे थे-लाल, हरे और नीले, क्रमशः10। एक औंधा डिवाइस वास्तुकला, उच्च प्रदर्शन आरजीबी QD-वोल्टेज पर कम मोड़ के साथ एल ई डी के लिए सफलतापूर्वक चमक और बाहरी क्वांटम क्षमता (EQE) के साथ प्रदर्शन किया गया २३,०४० सीडी एम-2 और ७.३% के लिए लाल, २१८,८०० सीडी एम-2 और ५.८% के लिए ग्रीन, और २,२५० सीडी एम-2 और १.७% नीले, क्रमशः11के लिए । इंजेक्शन शुल्क को संतुलित करने और QDs छोड़नेवाला परत को संरक्षित करने के लिए, एक अछूता पाली (methylmethacrylate) (पीएमएमए) पतली फिल्म QDs और जिंग ETL के बीच डाला गया था । अनुकूलित गहरे लाल QD-एल ई डी के लिए उच्च बाह्य क्वांटम क्षमता का प्रदर्शन २०.५% और एक कम बारी वोल्टेज पर केवल १.७ V12।

इसके अलावा, optoelectronic गुण और QDs के nanostructures का अनुकूलन भी डिवाइस के प्रदर्शन को बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । उदाहरण के लिए, photoluminescence क्वांटम उपज (PLQE) ९८% तक के साथ अत्यधिक फ्लोरोसेंट नीले QDs ZnS समय13के अनुकूलन के माध्यम से संश्लेषित किया गया । इसी प्रकार, उच्च गुणवत्ता, बैंगनी-नीले QDs निकट १००% PLQE के साथ ठीक प्रतिक्रिया तापमान को नियंत्रित करने के द्वारा संश्लेषित किया गया । वायलेट-ब्लू QDs-एलईडी उपकरणों उल्लेखनीय चमकदार और EQE अप करने के लिए ४,२०० सीडी एम-2 और ३.८%, क्रमशः14दिखाया । इस संश्लेषण विधि भी वायलेट ZnSe/ZnS कोर/शेल QDs के लिए लागू है, QD-एल ई डी का प्रदर्शन उच्च चमकदार (२,६३२ सीडी एम-2) और दक्षता (EQE = 7.83%) cd-free QDs15का उपयोग करके । के बाद से उच्च PLQE के साथ नीले क्वांटम डॉट्स का प्रदर्शन किया गया है, QDs परत में उच्च प्रभार इंजेक्शन दक्षता उच्च प्रदर्शन QD-एल ई डी के निर्माण में एक और महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । लंबी श्रृंखला ओलिक एसिड लाइगैंडों प्रतिस्थापन द्वारा 1-octanethiol लाइगैंडों छोटा करने के लिए, QDs फिल्म की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता दो गुना बढ़ गया था, और 10% से अधिक एक उच्च EQE मूल्य16प्राप्त किया गया था । भूतल ligand एक्सचेंज भी QDs फिल्म की आकृति विज्ञान में सुधार और QDs के बीच photoluminescence शमन दबा कर सकते हैं । उदाहरण के लिए, QDs-एलईडी रासायनिक भ्रष्टाचारी QDs-semiconducting पॉलिमर संकर17का उपयोग करके बेहतर डिवाइस प्रदर्शन दिखाया. इसके अलावा, उच्च प्रदर्शन QDs वर्गीकृत संरचना और QDs खोल की मोटाई के उचित अनुकूलन के माध्यम से तैयार किया गया, बढ़ाया चार्ज इंजेक्शन, परिवहन के कारण, और18संयोजन ।

इस काम में, हम एक आंशिक autoxidized एल्यूमिनियम (अल) कैथोड ZnCdS/ZnS वर्गीकृत कोर/शैल आधारित ब्लू QD-एल ई डी के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए शुरू की19. अल कैथोड के संभावित ऊर्जा बैरियर के बदलाव की पुष्टि पराबैंगनी photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूपीएस) और एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) ने की । इसके अलावा, QDs/अल और QDs/अल: अल2ओ3 इंटरफेस में फास्ट चार्ज वाहक गतिशीलता समय-हल photoluminescence (TRPL) माप द्वारा विश्लेषण किया गया । आदेश में और आंशिक रूप से डिवाइस के प्रदर्शन पर ऑक्सीकरण अल के प्रभाव को मांय करने के लिए, QD-अलग कैथोड के साथ एल ई डी (अल केवल, अल: अल2हे3, अल2हे3/Al, अल2ओ3/Al: अल2ओ3, और Alq3/Al) गढ़े थे । एक परिणाम के रूप में, उच्च प्रदर्शन शुद्ध ब्लू QD-एल ई डी का काम अल: अल2ओ3 कैथोड, १३,००२ सीडी एम-2 और १.१५ सीडी के एक चोटी वर्तमान दक्षता के साथ एक-1की अधिकतम चमक के साथ प्रदर्शन किया गया । इसके अलावा, वहां कोई अतिरिक्त कार्बनिक ETL डिवाइस वास्तुकला, जो अवांछित परजीवी एल से बचने के लिए अलग काम कर वोल्टेज के तहत रंग शुद्धता की गारंटी कर सकते में शामिल किया गया था ।

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Protocol

1. इंडियम टिन ऑक्साइड (इतो) ग्लास का पैटर्न नक़्क़ाशी

  1. 15 मिमी चौड़ी स्ट्रिप्स में इतो ग्लास (12 सेमी × 12 सेमी) के बड़े टुकड़ों को काटें । शराब के साथ एक धूल मुक्त कपड़े का उपयोग कर इतो कांच की सतह को साफ ।
  2. एक डिजिटल मीटर के साथ इतो ग्लास के प्रवाहकीय पक्ष की जांच करें । चिपकने वाला टेप के साथ इतो ग्लास के सक्रिय क्षेत्र को कवर, ताकि सक्रिय क्षेत्र के बीच में 2 मिमी चौड़ा है ।
  3. इतो ग्लास पर जस्ता पाउडर डालो (के बारे में ०.५ mm की एक मोटाई) ।
  4. इतो ग्लास की सतह पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान (३६ wt%) डालो और इतो गिलास पूरी तरह से हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान में लेना करने के लिए अनुमति देते हैं, तो 15 एस के लिए खोदना ।
  5. जंग के बाद हाइड्रोक्लोरिक एसिड समाधान बाहर डालो, तो तुरंत पानी के साथ इतो गिलास कुल्ला । इतो ग्लास पर चिपकने वाला टेप निकालें ।

2. इतो शीशे की सफाई

  1. 15 मिनट के लिए एसीटोन समाधान युक्त एक पेट्री डिश में इतो ग्लास विसर्जित कर दिया । एक कपास की गेंद का उपयोग कर इतो गिलास पर गोंद पोंछ ।
  2. एक गिलास कटर के साथ चौकोर टुकड़ों (लगभग 15 मिमी × 15 मिमी) में इतो ग्लास काटें ।
  3. Sonicate इतो गिलास में क्रमिक रूप से डिटर्जेंट पानी, नल का पानी, पानी के नीचे, एसीटोन, और isopropyl शराब 15 मिनट के लिए ।
  4. झटका-सूखी नाइट्रोजन गैस के साथ इतो ग्लास १५० डिग्री सेल्सियस पर हवा वातावरण में 5 मिनट के लिए एक ओवन में सुखाने के बाद ।
  5. एक पराबैंगनी ओजोन चैंबर में साफ इतो ग्लास रखो और 15 मिनट के लिए इलाज ।

3. एक छेद इंजेक्शन परत का निर्माण

  1. पाली (3, 4-ethylenedioxythiophene):p oly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) रेफ्रिजरेटर से समाधान ले लो । PEDOT हिलाओ: PSS समाधान 20 मिनट के लिए कमरे के तापमान पर एक समान रूप से फैलाया समाधान प्राप्त करने के लिए ।
    नोट: यूवी ओजोन उपचार (धारा २.५) और PEDOT के आंदोलन: PSS समाधान यूवी ओजोन उपचार विफलता से बचने के लिए एक साथ बाहर किया जाना चाहिए । कमरे का तापमान 25 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखा है ।
  2. PEDOT के बारे में 2 मिलीलीटर ले लो: एक 10 मिलीलीटर सिरिंज के साथ PSS समाधान, और सिरिंज पर एक ०.४५ µm polyether sulfone (पी इ एस) फिल्टर स्थापित करें ।
  3. स्पिन के केंद्र में इतो ग्लास प्लेस-कोट । PEDOT के दो बूंदें डालो: PSS समाधान इतो ग्लास पर ।
  4. स्पिन-कोट फ़िल्टर्ड PEDOT: pss इतो सब्सट्रेट पर 30 एस के लिए ३,००० rpm पर समाधान और फिर PEDOT ऐनी: pss-लेपित इतो १५० ° c 15 मिनट के लिए एक 30 एनएम PEDOT: pss फिल्म देने के लिए ।

4. एक छेद परिवहन परत का निर्माण

नोट: होल परिवहन परत और छोड़नेवाला परत एक नाइट्रोजन से भरा दस्ताने बॉक्स में निर्मित कर रहे है नियंत्रित ऑक्सीजन और पानी एकाग्रता के साथ ५० पीपीएम से नीचे ।

  1. पाली (एन, N′-बीआईएस (4-butylphenyl)-n, N′-बीआईएस (फिनाइल)-benzidine) (पाली-TPD) में ओ-dichlorobenzene (1 एमएल) 25 मिलीग्राम एमएल-1की एकाग्रता के साथ भंग । नाइट्रोजन से भरे दस्ताने बॉक्स में कमरे के तापमान पर रात भर हलचल ।
  2. डालो ३५ µ पाली के एल-TPD समाधान पर PEDOT: PSS-लेपित इतो । स्पिन-कोट 30 एस के लिए ३,००० rpm पर पाली-TPD समाधान एक ४० एनएम पाली-TPD फिल्म देने के लिए, और फिर ऐनी १५० ° c पर 30 मिनट के लिए ।

5. एक छोड़नेवाला परत का निर्माण

  1. टोल्यूनि समाधान (३०० µ l) में ZnCdS/ZnS क्वांटम डॉट्स भंग १४.३ मिलीग्राम एमएल-1की एकाग्रता के साथ ।
  2. ZnCdS/ZnS समाधान के पाली-TPD के शीर्ष पर ३५ µ एल डालो । स्पिन-कोट 30 एस के लिए ३,००० rpm पर ZnCdS/ZnS समाधान एक ४० एनएम फिल्म देने के लिए ।
    नोट: पाक आवश्यक नहीं है ।

6. निर्वात जमाव

  1. 10-4 पीए के दबाव में पहुंच जाने के बाद, एक थर्मल वाष्पीकरण कक्ष में ०.३ Å s-1 की दर के साथ एल्यूमिनियम Tris (8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) को एक 15 एनएम Alq3 फिल्म देने के लिए जमा करें ।
    नोट: Alq3 केवल इतो/PEDOT की डिवाइस संरचना के लिए जमा किया गया है: PSS/पाली-TPD/QDs/Alq3/Al.
  2. इतो ग्लास सब्सट्रेट बेनकाब करने के लिए एक खुरचनी के साथ एक 2 मिमी व्यापक सक्रिय परत परिमार्जन.
  3. एक धातु मुखौटा में सब्सट्रेट प्लेस और एक थर्मल वाष्पीकरण कक्ष में उन्हें हस्तांतरण । 1 Å s की दर के साथ एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोड जमा करें-1 एक १०० एनएम अल फिल्म देने के लिए ।

7. Autoxidation प्रक्रिया

  1. एक वैक्यूम ओवन में के रूप में तैयार अल कैथोड स्थानांतरण, और तब ओवन से बाहर हवा पंप जब तक यह लगभग एक वैक्यूम है ।
  2. संकुचन वाल्व खोलें और निर्जल यौगिक हवा इंजेक्षन (हे2= 20%, N2= ८०%) 3 × 104 फिलीस्तीनी अथॉरिटी के दबाव के साथ वैक्यूम ओवन में 0, ४.५, 12, और कमरे के तापमान पर 17 ज (ओवन में) ।

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Representative Results

यूवी विज़ अवशोषण और photoluminescence (PL) स्पेक्ट्रा के ऑप्टिकल गुण रिकॉर्ड करने के लिए उपयोग किया गया था ZnCdS/ZnS वर्गीकृत कोर/शैल-आधारित ब्लू QDs. ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों के लिए एकत्र किए गए थे morphologies ऑफ QDs (figure 1). एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), विद्युत अध्ययन, और पराबैंगनी photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूपीएस) के संरचनात्मक गुण और QDs (चित्रा 2) के ऊर्जा स्तर का पता लगाने के लिए कार्यरत थे. QDs/al और QDs/al: अल2ओ3 (चित्रा 3) के बीच इंटरफेस पर फास्ट चार्ज वाहक गतिशीलता का पता लगाने के लिए समय-हल photoluminescence (TRPL) माप का इस्तेमाल किया गया । अंत में, एल QD के प्रदर्शन-एल ई डी (चित्रा 4, चित्रा 5, और तालिका 1) प्रदर्शन किया गया था ।

चित्र 1a यूवी की तुलना अवशोषण और ZnCdS/ZnS ग्रेडेड कोर/शैल आधारित ब्लू QDs टोल्यूनि में फैलाया के PL उत्सर्जन स्पेक्ट्रा दिखाता है । QDs समाधान पर एक अवशोषण बढ़त दिखाई ~ ४५६ एनएम और एक शुद्ध गहरे नीले उत्सर्जन पीक ४५१ एनएम पर एक संकीर्ण पूर्ण चौड़ाई के साथ केवल १७.८ एनएम के आधा अधिकतम (FWHM) पर स्थित है । इनसेट में QDs के स्केच आरेख बताते हैं कि वर्गीकृत कोर/QDs के शैल संरचना लघु श्रृंखला 1-octanethiol सतह लाइगैंडों के रूप में के साथ छाया हुआ है । एक छोटी-सी जंजीर, १-octanethiol अणु का उपयोग करके लंबी श्रृंखला के कार्बनिक अणुओं की जगह, QDs के बीच की दूरी छोटी कर दी जाती है, जो QDs फिल्म में चार्ज इंजेक्शन गुणों में सुधार करती है. ZnCdS/ZnS ब्लू QDs की एक प्रतिनिधि संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (उनि) छवि एक अपेक्षाकृत समान आकार वितरण दिखाया, और औसत व्यास 14 ± १.७ एनएम (चित्र 1b) होने के लिए निर्धारित किया जा सकता है । QDs के अंदर एक सतत रासायनिक संरचना ढाल एक एकल ZnCdS/ZnS QD की उच्च संकल्प संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (HRTEM) छवि से देखा जा सकता है के रूप में चित्रा 1cमें दिखाया गया है । चित्रा 1 डी QDs परत स्पिन की SEM छवि से पता चलता है-पाली-TPD सब्सट्रेट पर लेपित के रूप में डिवाइस निर्माण में इस्तेमाल किया । एक समान और पूरी तरह से कवर QDs परत SEM छवि है, जो अच्छी फिल्म QDs के गुण बनाने इंगित करता है से देखा जा सकता है ।

autoxidized अल कैथोड की सतह रासायनिक विशेषताओं XPS माप द्वारा विश्लेषण किया गया । जैसा कि चित्र 2aमें दिखाया गया है, अल 2p कक्षीय के XPS स्पेक्ट्रम को तीन चोटियों से लगाया जा सकता है । ७२.७, ७४.३ और ७५.५ eV में चोटियों, अल2हे3के γ चरण धातु अल परमाणुओं के अनुरूप है, और अमली एलोx20। विद्युत चक्रीय voltammetry (CV) माप के लिए व्यापकता बैंड (VB) और कंडक्टर बैंड (सीबी) ZnCdS/ZnS QDs के ऊर्जा स्तर का निर्धारण किया गया है21। के रूप में चित्र बीमें सचित्र, शुरुआत ऑक्सीकरण क्षमता और शुरुआत में कमी क्षमता के लिए निर्धारित किया गया-१.१३ और १.६९ V, क्रमशः । परिणामस्वरूप, ZnCdS/ZnS QDs के लिए VB और CB मान क्रमशः ३.५८ और ६.४ eV होने के लिए परिकलित किए गए थे । हम QDs परत के कार्य कार्यों और यूपीएस (चित्रा 2c) द्वारा आंशिक रूप से ऑक्सीकरण अल कैथोड मापा । QDs और अल के कार्य कार्य: अल2हे3 ३.८७ और ३.५ eV, क्रमशः थे, जो पराबैंगनी स्रोत वह मैं (२१.२२ eV) की ऊर्जा से माध्यमिक इलेक्ट्रॉन किनारों पर ऊर्जा घटाई द्वारा गणना की गई । डिवाइस का एनर्जी लेवल आरेख चित्र 2dमें दिया गया है । चित्रा 2e और चित्रा 2f अल और अल: अल2ओ3के साथ QDs परत के ऊर्जा स्तर संरेखण आरेख प्रदर्शित करते हैं । अल कैथोड के कार्य समारोह और फर्मी स्तर की पिछली रिपोर्ट२२,२३से ली गई.

अगला, हम चार्ज वाहक गतिशीलता (चित्रा 3) का निर्धारण करने के लिए विभिन्न QDs परतों के TRPL स्पेक्ट्रा मापा. TRPL curves द्वि-घातीय क्षय द्वारा सज्जित थे । QDs के लिए, QDs/al और QDs/al: अल2O3 नमूनों, औसत जंमों ८.९४५, ४.८३९, और ५.४१४ एनएस, क्रमशः थे । QDs/अल नमूना के साथ तुलना में, QDs/अल: अल2हे3 नमूना एक लंबे जीवनकाल का प्रदर्शन किया, जो इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन के सुधार और गैर-radiation के दमन के लिए जिंमेदार माना जा सकता है ।

आगे QD-एल ई डी डिवाइस के प्रदर्शन पर आंशिक रूप से autoxidized अल कैथोड के प्रभाव को सत्यापित करने के लिए, QDs छोड़नेवाला परतों अलग कैथोड के साथ संपर्क गढ़े थे । विभिन्न कैथोड के साथ QD-एल ई डी के प्रदर्शन मापदंडों तालिका 1में संक्षेप हैं । शुद्ध अल कैथोड के साथ उपकरण ४३५ सीडी एम-2 की कम चमक के कारण अकुशल चार्ज इंजेक्शन (चित्रा 4a) से पता चलता है । इलेक्ट्रॉनिक संचरण क्षमता में सुधार करने के लिए, इंजेक्शन शुल्क को संतुलित करने के लिए ETL के रूप में एक 15 एनएम Alq3 परत शुरू की गई थी । परिणामस्वरूप, QDs-LED डिवाइस की चमक १,३०० cd m-2में सुधार हुआ । ऑक्सीकरण उपचार के बाद, QD-एल ई डी डिवाइस (अल: अल2ओ3) १३,००२ सीडी एम-2 की अधिकतम चमक और १.१५ सीडी ए-1की एक अधिकतम वर्तमान दक्षता के साथ एक नाटकीय रूप से बढ़ाया प्रदर्शन का प्रदर्शन किया । डिवाइस के प्रदर्शन और ऑक्सीकरण उपचार के बीच संबंधों में और अधिक जानकारी के रूप में एक ultrathin अल2O3 परत (१.५ एनएम) डालने के द्वारा प्राप्त किया गया था 24में वर्णित है । हालांकि, अल2ओ3/Al डिवाइस ३५२ सीडी एम-2की एक अधिकतम चमकदार प्रदर्शन किया है, जो नंगे अल आधारित डिवाइस के साथ तुलना में कोई वृद्धि हुई है । अल2ओ3/Al: अल2ओ3 उपकरण चमकदार और दक्षता (१०,६०० सीडी एम-2 और १.१२ सीडी एक-1) के एक मामूली स्तर का प्रदर्शन किया, और एक अपेक्षाकृत उच्च वोल्टेज पर मोड़ (1 सीडी के रूप में परिभाषित एम-2) ४.८ के V. QD-एल ई डी के CE-J curves चित्रा 4bमें दिखाया गया है । अल के साथ उपकरणों की अधिकतम क्षमता: अल2ओ3 और अल2ओ3/Al: अल2ओ3 पर पहुंच गया १.१५ और १.१२ सीडी ए-1, क्रमशः, जो अल, अल के साथ उपकरणों की है कि अधिक से अधिक था 2 हे३/Al, आणि Alq३/Al कैथोडिक आहेत. सामांय में, एक उच्च लागू वोल्टेज इलेक्ट्रॉन और छेद लहर कार्यों के स्थानिक जुदाई प्रेरित और नाटकीय रूप से QDs परत के अंदर radiating पुनर्संयोजन की दर को कम करना चाहिए । autoxidized अल: अल2ओ3 कैथोड उच्च वर्तमान घनत्व पर exciton शमन दबा सकते हैं, बढ़ाया इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन और छेद अवरुद्ध क्षमताओं की वजह से । चित्रा 4c autoxidation समय के एक समारोह के रूप में QD-एल ई डी के J-v और एल वी घटता दर्शाया गया है । अनुकूलित डिवाइस एक 12 एच autoxidized अल कैथोड का उपयोग करके हासिल किया गया था ।

चित्रा 5 ए विभिन्न कैथोड पर आधारित QD-एल ई डी के सामान्यीकृत एल स्पेक्ट्रा से पता चलता है. अल के EL पीक: अल2हे3 डिवाइस केवल २१.४ एनएम है, जो किसी भी परजीवी एल उत्सर्जन के बिना एक शुद्ध नीले प्रकाश संकेत के एक FWHM के साथ ४५७.३ एनएम पर स्थित था । Contrastively, एल Alq3/Al कैथोड पर आधारित स्पेक्ट्रम से पता चलता है एक परजीवी एल Alq3से उत्पंन । स्थिर एल उत्सर्जन अलग लागू पूर्वाग्रहों (चित्रा 5b) के तहत अल: अल2ओ3 आधारित डिवाइस से देखा जा सकता है । के रूप में चित्रा 5cमें सचित्र, एल स्पेक्ट्रम के समंवय आयोग इंटरनेशनल डे L'Eclairage (CIE) रंगीनता आरेख के बहुत किनारे पर रेखांकित, एक उच्च संतृप्त रंग जिसके परिणामस्वरूप । अंजीर द्ध 5d QD-एल ई डी के संचालन तस्वीरें, जो आसानी से 1 सेमी2के बड़े क्षेत्र के साथ तैयार किया जा सकता है दिखाता है ।

Figure 1
चित्रा 1: ZnCdS/ZnS वर्गीकृत कोर/शैल आधारित ब्लू QDs के ऑप्टिकल गुण और morphologies । (क) अवशोषण और PL स्पेक्ट्रा of ZnCdS/ZnS QDs टोल्यूनि समाधान में वितरित । (ख) उनि छवि और (ग) HRTEM की छवि QDs. (घ) QDs फिल्म स्पिन की SEM छवि-पाली पर लेपित-TPD सब्सट्रेट के रूप में डिवाइस निर्माण में इस्तेमाल किया । 19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: एक्स-रे photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), विद्युत अध्ययन, और पराबैंगनी photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (यूपीएस) के संरचनात्मक गुणों और ऊर्जा के स्तर का पता लगाने के लिए QDs का उपयोग करें । (क) अल 2p autoxidized अल के कक्षीय XPS स्पेक्ट्रा: अल2ओ3 कैथोड । (ख) ZnCdS/ZnS QDs समाधान के चक्रीय voltammetry (CV) curves । (ग) यूपीएस स्पेक्ट्रा ऑफ द ZnCdS/ZnS QDs फिल्म और autoxidized अल: अल2ओ3 कैथोड इतो सब्सट्रेट पर तैयार । इनसेट स्पेक्ट्रा का पूरा दृश्य है । (d) QD-LED डिवाइस का समतल बैंड ऊर्जा स्तर आरेख । (e) QDs/al अंतरफलक पर ऊर्जा स्तर आरेख और (च) QDs/अल: अल2ओ3 इंटरफेस । 19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: QDs फिल्मों के लिए समय हल photoluminescence क्षय अलग परतों के साथ संपर्क । संदर्भ19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । TRPL curves द्वि-घातीय क्षय द्वारा सज्जित थे । QDs/अल नमूना के साथ तुलना में, QDs/अल: Al2O3 नमूना एक लंबा जीवनकाल दर्शाती है, जो इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन के सुधार के लिए जिंमेदार माना किया जा सकता है और गैर-radiation के दमन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: QD के एल प्रदर्शन-एल ई डी अलग कैथोड के आधार पर. (a) वर्तमान घनत्व-चमकदार-वोल्टेज (J-L-V) और (b) वर्तमान दक्षता-वर्तमान घनत्व (CE-J) विभिन्न कैथोड के साथ उपकरणों की विशेषता घटता है । (c) अलग अल कैथोड के साथ उपकरणों का J-L-V घटता समय autoxidized । 19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: EL स्पेक्ट्रा, CIE निर्देशांक और एक अल के संचालन तस्वीरें: अल2हे3 आधारित QD-एल ई डी. (एक) EL QD के स्पेक्ट्रा-एल ई डी अल पर आधारित है, अल: अल2ओ3, अल2ओ3: अल, अल2ओ3/Al: अल2ओ3 और Alq3/Al कैथोड । इनसेट 4 मिमी2के सक्रिय क्षेत्र के साथ QD-एल ई डी का संचालन तस्वीरें है । (ख) EL स्पेक्ट्रा of QD-एल ई डी विभिंन पूर्वाग्रहों से व्युत्पंन । (ग) अल के CIE निर्देशांक: अल2ओ3 आधारित QD-एल ई डी. (घ) 1 सेमी2के सक्रिय क्षेत्र के साथ QD-एल ई डी की तस्वीरें ऑपरेटिंग । 19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

नमूना का प्रकार पीक चमकदार पीक वर्तमान दक्षता चालू वोल्टेज उत्सर्जन पीक FWHM
(cd m-2) (cd A-1) वी एनएम एनएम
अल ४३५ ०.११ ३.५६ ४५९.१ २२.५
अल: अल2ओ3 १३००२ १.१५ ३.८३ ४५७.३ २१.४
अल2ओ3/Al ३५२ ०.११ ३.७० ४५८.८ २०.९
अल2ओ3/Al: अल2ओ3 १०६०० १.१२ ४.८० ४५७.१ २०.८
Alq३/Al १३०० ०.५७ ४.२० ४५५.९ १७.५

तालिका 1: QD के एल मानकों-एल ई डी अलग कैथोड पर आधारित. संदर्भ19से अनुमति के साथ पुनर्मुद्रित ।

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Discussion

नीले QD के नेतृत्व में डिवाइस वास्तुकला एक इतो पारदर्शी anode के होते हैं, एक PEDOT: PSS HIL (30 एनएम), एक पाली-TPD HTL (४० एनएम), एक ZnCdS/ZnS QDs EML (४० एनएम), और एक अल: अल2ओ3 कैथोड (१०० एनएम) । अल कैथोड के छिद्रित चरित्र के कारण, हम यह ऑक्सीजन को उजागर करके एक ऑक्सीकरण अल कैथोड प्राप्त की । चित्रा 2e और चित्रा 2f अल और अल: अल2ओ3के साथ QDs परत के ऊर्जा स्तर संरेखण आरेख प्रदर्शित करते हैं । जब अल कैथोड, एक Schottky संपर्क के साथ QDs संपर्क QDs/अल अंतरफलक है, जो बड़े आंतरिक प्रतिरोध के लिए कैथोड (चित्रा 2e) से इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन में बाधा का परिचय पर बना है । जब QDs अल: अल2ओ3 कैथोड से संपर्क करें, एक ohmic संपर्क QDs/अल: अल2ओ3 इंटरफेस (चित्रा 2f), जो इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन बाधा को कम कर देता है और इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन में बढ़ौतरी में गठन किया है । QDs/कैथोड इंटरफेस में संभावित ऊर्जा बैरियर की कमी इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन दक्षता में सुधार और ऊर्जा की खपत कम । आगे QDs/कैथोड अंतरफलक पर exciton शमन प्रभाव की जांच करने के लिए, TRPL स्पेक्ट्रा (चित्रा 3) का विश्लेषण किया गया । QDs/अल: अल2O3 नमूना QDs/अल नमूना (४.८३९ एनएस) की तुलना में एक लंबे समय PL क्षय बार (५.४१४ एनएस) दिखाया, QD/कैथोड इंटरफ़ेस25,26पर luminescence शमन के उंमूलन का संकेत है । इसलिए, बढ़ाया डिवाइस प्रदर्शन कम संभावित बाधा और luminescence शमन के दमन के लिए जिंमेदार माना जा सकता है ।

अल: अल2ओ3 कैथोड आसानी से नियंत्रित autoxidation प्रक्रियाओं द्वारा तैयार किया जा सकता है । यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कोई अतिरिक्त ETL प्रोटोकॉल में शामिल है । डिवाइस के प्रदर्शन को आगे autoxidized अल के संयोजन के बाद सुधार होने की उंमीद है: अल2O3 कैथोड अंय ETL (उदा, जिंग)12,13,15के साथ ।

अंत में, हम एक उपंयास विधि प्रस्तुत किया है दोनों चमक और नीली QD-एल ई डी की क्षमता में सुधार autoxidized अल कैथोड का उपयोग कर । उच्च रंग-संतृप्त ब्लू QD-एल ई डी १३,००२ सीडी एम के एक चोटी के चमकदार के साथ प्रदर्शन किया गया है-2 और १.१५ सीडी ए-1, जो अंय कार्यों में रिपोर्ट सबसे अच्छा प्रदर्शन के बीच में है की एक चोटी वर्तमान दक्षता । बढ़ाया डिवाइस प्रदर्शन सुधार इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन और दबा luminescence शमन करने के लिए जिंमेदार माना जा सकता है । इसलिए, इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत विधि उच्च प्रदर्शन नीले QD-एलईडी उपकरणों की प्राप्ति की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है ।

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

यह काम NSFC (५१५७३०४२), चीन के राष्ट्रीय प्रमुख बुनियादी अनुसंधान कार्यक्रम (९७३ परियोजना, 2015CB932201), केंद्रीय विश्वविद्यालयों के लिए मौलिक अनुसंधान कोष, चीन (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47) द्वारा समर्थित किया गया था ।

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

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References

  1. 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).
  2. Chen, O., Wei, H., Maurice, A., Bawendi, M., Reiss, P. Pure colors from core-shell quantum dots. MRS Bull. 38 (09), 696-702 (2013).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Dai, X., et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots. Nature. 515 (7525), 96-99 (2014).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Wang, A., et al. Bright, efficient, and color-stable violet ZnSe-based quantum dot light-emitting diodes. Nanoscale. 7 (7), 2951-2959 (2015).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Yang, Y., et al. High-efficiency light-emitting devices based on quantum dots with tailored nanostructures. Nat. Photonics. 9, 259-266 (2015).
  19. 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).
  20. Rotole, J. A., Sherwood, P. M. A. Gamma-Alumina (γ-Al2O3) by XPS. Surf. Sci. Spectra. 5 (1), 18-24 (1998).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Bai, Z., et al. Hydroxyl-Terminated CuInS2 Based Quantum Dots: Toward Efficient and Bright Light Emitting Diodes. Chemistry of Materials. 28, 1085-1091 (2016).
  26. 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).

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