方法論記事

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

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DOI：

10.3791/57260

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2018年5月31日

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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

この記事について

サマリー

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。

要約

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。

概要

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。

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プロトコル

1 インジウムの錫の酸化物 (ITO) ガラスのパターン エッチング

  1. ITO ガラス (12 cm × 12 cm) の大きい部分に 15 mm 幅のストリップをカットします。アルコールと埃のない布を使用して ITO ガラス表面をきれい。
  2. デジタル ・ マルチメータと ITO ガラスの導電面を確認してください。アクティブな領域の真ん中に幅 2 mm にされるように粘着テープで ITO ガラスのアクティブな領域をカバーします。
  3. 伊藤ガラス (厚さ約 0.5 mm) と亜鉛粉を注ぐ。
  4. でき完全に塩酸溶液に浸漬し、15 のエッチングに ITO ガラス、ITO ガラスの表面に塩酸溶液 (36 wt %) を注ぐ s。
  5. 腐食後、塩酸溶液を注ぎ、水で ITO ガラスをすぐに洗い流してください。ITO ガラスに粘着テープを削除します。

2. ITO ガラスの洗浄

  1. 綿球を用いた ITO ガラスに接着剤を 15 分ワイプのアセトン溶液を含むペトリ皿に ITO ガラスを浸します。
  2. ITO ガラスをガラス カッターで正方形の部分 (約 15 mm × 15 mm) に切る。
  3. 洗剤水、水道水、脱イオン水、アセトン、イソプロピル アルコール、15 分で順番に ITO ガラスを超音波照射します。
  4. ITO ガラスを空気中で 5 分の 150 ° C のオーブンで乾燥後、窒素ガスでブロードライします。
  5. 紫外線-オゾンによる室内に洗浄の ITO ガラスを入れ、15 分間の治療します。

3. 正孔注入層の作製

  1. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) ソリューションを冷蔵庫から取り出します。均等に分散したソリューションを取得する 20 分間室温で攪拌 PEDOT:PSS ソリューション。
    注: UV オゾン処理 (セクション 2.5) と PEDOT:PSS 溶液の攪拌する必要があります同時に行うこと UV オゾン処理エラーを避けるため。部屋の温度は 25 ° C で維持されます。
  2. PEDOT:PSS 溶液約 2 mL を 10 mL の注射器で取るし、注射器で 0.45 μ m ポリエーテル スルホン (PES) フィルターをインストールします。
  3. スピンコーターの中央に ITO ガラスを配置します。ITO ガラス上に PEDOT:PSS ソリューションの 2 つの滴を注ぐ。
  4. スピン コート 30 3,000 rpm で ITO 基板上フィルター PEDOT:PSS ソリューション s、PEDOT:PSS をアニールし、-150 ° C、30 nm PEDOT:PSS 膜を与える 15 分で伊藤を塗布します。

4. 正孔輸送層の作製

注: 正孔輸送層と発光層は制御された酸素と水濃度が 50 ppm 以下窒素充てんグローブ ・ ボックスを作製しました。

  1. O-ジクロロ ベンゼン (1 mL) の poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (ポリ-TPD) を 25 mg mL-1濃度で溶解します。グローブ ボックスを窒素充填で一晩室温で攪拌します。
  2. PEDOT:PSS にポリ TPD 液の 35 μ L を注ぐ-伊藤をコーティングします。30 3,000 rpm でスピンコート ポリ TPD ソリューション s を 40 nm ポリ TPD 映画を与えるし、150 ° C、30 分にアニールし。

5. 発光層の作製

  1. 14.3 mg mL-1濃度のトルエン溶液 (300 μ L) ZnCdS/ZnS 量子ドットを溶解します。
  2. ポリ TPD の上に ZnCdS/ZnS ソリューションの 35 μ L を注ぐ。スピン コート 30 3,000 rpm で ZnCdS/ZnS ソリューション s 40 nm フィルムを与える。
    注: を焼く必要はありません。

6. 真空蒸着

  1. 10-4 Pa の圧力に達すると後、は、0.3 15 nm Alq3フィルムを与える商工会議所 Å s-1熱蒸発の率を有する基板上アルミニウム Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) を入金します。
    注: Alq3は伊藤のデバイス構造は堆積/PEDOT:PSS/ポリ-TPD/ドット/Alq3/Al。
  2. ITO ガラス基板を公開するためのスクレーパーと 2 mm の広いアクティブ層をこすり。
  3. 金属マスクで基板を置き、熱蒸着室にそれらを転送します。入金率が 1 のアルミニウム電極を 100 Å の s-1 nm Al 薄膜。

7. 自動酸化の手順

  1. 真空オーブンに準備として Al 陰極を転送し、それがほぼ真空になるまでオーブンから空気をポンプします。
  2. デフレのバルブを開き、無水化合物空気を注入 (O2= 20%、N2= 80%) 3 × 104ペンシルバニア酸化 (オーブン) で室温 17 h、12 4.5 0 の圧力と真空のオーブンに。

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結果

紫外可視吸収とフォトルミネッ センス (PL) は ZnCdS/ZnS 傾斜コア/シェル ベース ブルー ドット透過型電子顕微鏡 (TEM) の光学特性を記録する使用され、走査電子顕微鏡 (SEM) 画像で収集された、。量子ドット (図 1) の形態。X 線光電子分光法 (XPS)、電気化学的研究と紫外光電子分光 (UPS) を用いて構造特性 (図 2) 量子ドットのエネルギー準位を検出します。時間分解フォトルミネッ計測を用いて量子ドット/アルと量子ドット間のインターフェイスで高速電荷キャリアダイナミクスの検出/アル: Al2O3 (図 3)。最後に、量子ドット Led のエル ・ パフォーマンスは、実行 (図 4図 5と

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ディスカッション

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 レベルの配置図を表示します。量子ドットは、Al 陰極と接触、(図 2 e) 陰極からの電子注入を妨げる大きな内部抵抗を取り入れた量子ドット/アル界面におけるショットキー接触が形成されます。量子ドットでオーミック接触が形成される量子ドットは、アル: Al2O3陰極を連絡した場合、/電子注入障壁を削減し、電子注入を加速するア...

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開示事項

何を開示する必要があります。

謝辞

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。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
酸化インジウムスズ(ITO)コーティングガラス
基板		CSGホールディング(株)抵抗率≈10 Ω/sq
亜鉛粉末Sigma-Aldrich96454分子量 65.38
イソプロピルアルコール北京化学試薬67-63-0分析的に純粋な
トルエンInnochemI01367分析的に純粋な
アセトンInnochemI01366分析的に純粋な
塩酸acros1242100251 N標準溶液
O-ジクロロベンゼンアクロス39696100098+%, エクストラドライ
ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ドープポリスチレンスルホン酸 (PEDOT:PSS)H. C.StarkClevious P VP Al 4083
Poly(N,N′-bis(4-ブチルフェニル)-N,N′-ビス(フェニル)-ベンジジン) (Poly-TPD)Luminescence TechnologyLT-N149
アルミニウムトリス(8-ヒドロキシキノリン酸) (Alq3)発光技術LT-E401
UV-OクリーナーJelight Company92618
フィルターJintengJTSF0303/0304ポリエーテルスルホン (0.45 μm)
超音波洗浄機ヘクチュアン 超音波KH-500DE
デジタルマルチメーターUNI-TUT39A
スピンコーターIMECASKW-4A
デジタルホットプレートスチュアートSD160

参考文献

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