방법 논문

향상 된 전자 주입 및 순수한 청색 양자 점 발광 다이오드 부분적으로 도입 하 여에 대 한 여 기자 감 금 산화 알루미늄 음극

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DOI:

10.3791/57260

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2018년 5월 31일

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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

이 논문에서

요약

프로토콜은 autoxidized 알루미늄 음극을 채용 하 여 높은-성능, 퓨어 블루 ZnCdS/ZnS 기반 양자 점 발광 다이오드 날조를 위한 제공 됩니다.

초록

안정적이 고 효율적인 빨강 (R), 녹색 (G), 파랑 (B) 광원 솔루션 처리 양자 점 (QDs)에 따라 차세대 디스플레이 및 반도체 조명 기술에서 중요 한 역할을 재생 합니다. 밝기와 블루 QDs 기반 발광 다이오드 (Led)의 효율성에 그들의 빨강과 녹색, 빛의 다양 한 색상의 본질적으로 불리 한 에너지 수준 때문에 열 등 한 남아 있습니다. 이러한 문제를 해결 하려면 주입 구멍 전자 브 qd는 레이어로 균형 장치 구조를 설계 한다. 여기, 간단한 autoxidation 전략을 통해 순수한 청색 qd는-Led는 매우 밝은 하 고 효율적 시연, 이토의 구조 / PEDOT:PSS / 폴 리-TPD/QDs/알: 알2O3. Autoxidized 알루미늄: 알루미늄2O3 음극 효과적으로 주입 된 책임을 균형 하 고 추가 전자 수송 층 (ETL)를 소개 하지 않고 복사 재결합을 강화 수 있습니다. 결과적으로, 높은 색상 포화 파란색 qd는-Led 13000 cd m-2를 통해 최대 광도와 1.15 cd A-1의 최대 전류 효율 달성 된다. 쉽게 제어 autoxidation 절차 포장-고성능을 달성 하기 위한 방법을 QD Led 블루.

서론

발광 다이오드 (Led) 콜 로이드 반도체 양자 점 기반 솔루션 가공 성, 가변 방출 파장, 우수한 색 순도, 유연한 제조, 그리고 저를 포함 하 여 그들의 독특한 장점으로 인해 큰 관심을 받고 있다 처리 비용1,2,,34. 1994 년에 QDs 기반 Led의 첫 번째 데모, 엄청난 노력이 엔지니어링 재료 및 장치 구조5,,67을 기울여 왔습니다. 전형적인 QD LED 장치는 홀 수송 층 (HTL), 발광 층, 전자 수송 층 (ETL)으로 구성 된 3 층 샌드위치 구조를가지고 하도록 설계 되었습니다. 적당 한 요금 전송 계층의 선택이 복사 재결합에 대 한 발광 층으로 주입된 구멍 및 전자의 균형을 중요 합니다. 현재, 작은 분자 진공 입금 ETL, 예를 들어, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3), 및 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8로 널리 사용 됩니다. 그러나, 종종 불균형된 캐리어 주입 되도록 재결합 지역 교대 ETL, 원치 않는 기생 전계 (엘) 방출 고 장치 성능9악화 합니다.

장치 효율 및 환경 안정성을 강화 하려면 ZnO 나노 입자 솔루션 처리 진공 입금 작은 분자 재료 대신 전자 전송 계층으로 도입 되었다. 매우 밝은 RGB QD Led 31000, 68, 000, 그리고 4200 cd m-2 오렌지-레드의 방출, 녹색 및 파랑, 각각10에 대 한 광도 보여주는 기존의 장치 아키텍처 시연 했다. 거꾸로 장치 아키텍처에 대 한 고성능 RGB QD Led 낮은 전압 설정으로 성공적으로 설명 되었다 밝기와 외부 양자 효율 (EQE) 23040 cd m-2 와 빨강, 218,800 cd m-2 의 7.3%와 5.8%의 녹색, 그리고 파랑, 각각111.7 %2250 cd m-2 . 주입 된 요금 균형과 QDs 브 레이어 보존, 한 단 열 poly(methylmethacrylate) (PMMA) 박막 QDs ZnO ETL 사이 삽입 되었다. 최적화 된 깊은 레드 QD Led 전시 높은 외부 양자 효율 최대 20.5%와 낮은 턴 온 전압만 1.7 V12의.

게다가, 최적화는 광전자 속성과 QDs의 nanostructures 또한 재생 장치 성능 향상에 중요 한 역할을 합니다. 예를 들어, 높은 형광 블루 QDs photoluminescence 양자와 항복 (PLQE) 최대 98 %ZnS 시간13포 격을 최적화를 통해 종합 되었다. 마찬가지로, 높은-품질, 보라 빛 파란 QDs 근처 100 %PLQE 반응 온도 정확 하 게 제어 하 여 합성 했다. 바이올렛 블루 QDs LED 장치 보여준 놀라운 광도 EQE 최대 4200 cd m-2 와 3.8% 각각14. 이 합성 방법은 바이올렛 ZnSe/ZnS 핵/쉘 QDs에 적용 또한, qd는-Led Cd 무료 QDs15를 사용 하 여 높은 광도 (2,632 cd m-2)과 효율성 (EQE=7.83%)를 전시. 블루 양자 점 높은 PLQE로 입증 되었습니다, 이후 QDs 계층에서 높은 충전 주입 효율 고성능 QD Led 조작에 또 다른 중요 한 역할을 재생 합니다. 1-octanethiol ligands 단축 하 긴 체인 올레산 ligands를 대체 하 여 QDs 영화의 전자 이동성 증가 2 배, 그리고 높은 EQE 값 10% 이상16을 가져온. 표면 ligand exchange 또한 QDs 영화의 형태를 개선 하 고 QDs 가운데 photoluminescence 냉각 억제 수 있습니다. 예를 들어, QDs LED 화학적 융합 하였습니다 QDs 반도체 고분자 하이브리드17을 사용 하 여 향상 된 소자 성능을 보였다. 게다가, 높은-성능 QDs 등급된 구성의 합리적인 최적화 및 향상 된 전 하 주입, 전송, 및 재결합18QDs 껍질의 두께 통해 준비 했다.

이 작품에서는, 우리는 ZnCdS/ZnS 등급 코어/쉘 기반 청색 QD Led19의 성능을 향상 시키기 위해 일부 autoxidized 알루미늄 (Al) 음극을 소개 했다. 알 음극의 전위 에너지 장벽의 변화 자외선 광전자 분광학 (UPS) 및 x 선 광전자 분광학 (XPS)에 의해 확인 되었다. 또한, 빠른 충전 QDs/알 QDs에서 캐리어 역학 / 알: 알2O3 인터페이스 시간 해결 photoluminescence (TRPL) 측정에 의해 분석 되었다. 추가 장치 성능, qd는-다른 음극 Led에 부분적으로 산화 알루미늄의 영향을 확인 하기 위해 (알만, 알루미늄: 알루미늄2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, 그리고 Alq3/Al) 조작 했다. 로 한 결과, 고성능 순수 청색 QD Led 알루미늄: 알루미늄2O3 음극, 13,002 cd m-2 의 최대 광도와 1.15 cd A-1의 피크 전류 효율을 채용 하 여 설명 되었다. 또한, 거기 아무 추가 유기 ETL 참여 했다 다른 작동 전압에서 색상 순도 보장 하기 위해 원치 않는 기생 엘을 피할 수 있는 장치 아키텍처.

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프로토콜

1. 패턴 에칭 인듐 주석 산화물 (ITO) 유리의

  1. 잘라 이토 유리 (12 × 12cm)의 큰 조각 15 m m 넓은 스트립. 이토 유리 표면 먼지 무료 천으로 사용 하 여 알코올로 청소.
  2. 디지털 멀티 미터와 이토 유리의 전도성 측면을 확인 합니다. 활성 영역은 중간에 폭 2 m m 접착 테이프로 이토 유리의 활성 영역을 커버.
  3. 아연 분말을 (약 0.5 m m의 두께)에 이토 유리에 붓으십시오.
  4. 이토 유리의 표면에 염 산 용액 (36 wt %)를 부 어 고 완전히 염 산 용액에 담가 다음 15 엣지 이토 유리 s.
  5. 부식, 후 염 산 용액을 붓고 즉시 물으로 이토 유리 린스 합니다. 이토 유리에 접착 테이프를 제거 합니다.

2. 이토 유리 청소

  1. 목화 공을 사용 하 여 이토 유리에 접착제에서 15 분 지우기 위한 아세톤 솔루션을 포함 하는 페 트리 접시에 이토 유리를 담가.
  2. 유리 커터 정사각형 조각 (약 15 m m × 15 m m)으로 ITO 유리를 잘라.
  3. 세제 물, 수돗물, 이온된 물, 아세톤, 그리고 15 분 동안 이소프로필 알코올에 순차적으로 이토 유리 sonicate
  4. 질소 가스 오븐 공기 분위기에서 5 분 동안 150 ° C에서 건조 뒤 이토 유리를 타격 건조.
  5. 자외선 오존 챔버로 청소 이토 유리를 넣고 15 분 동안 치료.

3입니다. 구멍 주입 층의 제조

  1. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) 솔루션은 냉장고에서 꺼내. 균등 하 게 분산 된 솔루션을 얻기 위해 20 분 동안 실 온에서 PEDOT:PSS 솔루션을 저 어.
    참고: UV-오존 처리 (2.5 단원) 및 PEDOT:PSS 솔루션의 동요 한다 실시 동시에 UV 오존 치료 실패를 피하기 위해. 실내 온도 25 ° c.에 유지
  2. 10 mL 주사기, PEDOT:PSS 솔루션의 약 2 mL를가지고 고 주사기에 0.45 μ m 폴 리 에테르 sulfone (PES) 필터를 설치 합니다.
  3. 이토 유리를 spin coater의 중심에 놓습니다. 이토 유리에 PEDOT:PSS 솔루션의 두 방울을 붓는 다.
  4. 스핀 코트 30 3000 rpm에서 ITO 기판에 필터링 된 PEDOT:PSS 솔루션 s 다음에 PEDOT:PSS anneal 고-30 nm PEDOT:PSS 필름에 게 15 분 동안 150 ° C에서 ITO 코팅.

4입니다. 구멍 전송 계층의 제조

참고: 구멍 전송 계층 및 브 레이어 질소 가득 장갑-상자에 제어 산소와 물 농도 50 ppm 아래 조작.

  1. 25 밀리 그램 mL-1의 농도와 poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (폴 리-TPD) o-dichlorobenzene (1 mL)에 녹. 실내 온도 질소 가득한 글러브 박스에 밤새 저 어.
  2. 폴 리-TPD 솔루션에는 PEDOT:PSS의 35 µ L를 부 어-이토 코팅. 30에 대 한 3000 rpm 스핀 코트 폴 리-TPD 솔루션을 주고 40 nm 폴 리 TPD 영화 다음 30 분 동안 150 ° C에서 anneal s.

5입니다. 발광 층의 제조

  1. 14.3 mg mL-1의 농도와 톨루엔 솔루션 (300 µ L) ZnCdS/ZnS 양자 점 들을 분해.
  2. 폴 리-TPD의 위에 ZnCdS/ZnS 솔루션의 35 µ L를 붓는 다. 스핀 코트 30 3000 rpm에서 ZnCdS/ZnS 솔루션 s 40 nm 영화 줄.
    참고: 제빵 필요는 없습니다.

6. 진공 증 착

  1. 10-4 Pa의 압력에 도달 하면 0.3 15 nm Alq3 영화 게 챔버 열 증발에 Å s-1 의 속도와 기판에 알루미늄 Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3)을 입금.
    참고: Alq3 이토의 장치 구조에 대해서만 입금 됩니다 / PEDOT:PSS / 폴 리-TPD/QDs/Alq3/Al.
  2. ITO 유리 기판 노출 스 크레이 퍼와 2 mm 넓은 활성 레이어를 다쳤어요.
  3. 금속 마스크에서를 기판을 놓고 열 증발 약 실에 그들을 전송 합니다. 1의 속도와 알루미늄 전극 보증금을 주고 100 Å s-1 nm 알 영화.

7. Autoxidation 절차

  1. 로 준비 알 음극 진공 오븐에 전송 하 고 거의 진공 될 때까지 다음 오븐 공기 펌프.
  2. 디플레이션 밸브를 열고 무수 화합물 공기 주입 (O2= 20%, N2= 80%)의 3 × 104 실바 산화 0, 4.5, 12, 및 실내 온도 (오븐)에 17 h에 대 한 압력으로 진공 오븐에.

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결과

대 한 UV 흡수 및 photoluminescence (PL) 스펙트럼 ZnCdS/ZnS 등급 코어/쉘 기반 블루 QDs. 전송 전자 현미경 (TEM)의 광학 속성을 기록 하는 데 사용 했다 그리고 스캐닝 전자 현미경 (SEM) 이미지에 대 한 수집 된는 QDs (그림 1)의 형태학. 엑스레이 광전자 분광학 (XPS), 전기 화학 연구, 그리고 자외선 광전자 분광학 (UPS) 구조 속성 및 QDs (그림 2)의 에너지 레벨을 검출 하기 위하여 채택 되었다. 시간 해결 photoluminescence (TRPL) 측정 QDs/알와 QDs 간의 인터페이스에 빠른 충전 캐리어 역학을 감지 하는 데 사용 했다 / 알: 알2O3 (그림 3). 마지막으로, QD Led의 엘 성능 수행...

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토론

ITO 투명 양극, PEDOT:PSS HIL 이루어져 QD LED 블루의 장치 아키텍처 (30 nm), 폴 리-TPD HTL (40 nm), ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm), 및 알루미늄: 알루미늄2O3 음극 (100 nm). 알 음극의 다공성 문자 때문 우리 산소에 노출 하 여 산화 알 음극을 얻었다. 그림 2e 와 2f 그림 QDs 레이어 알와 Al: 알루미늄2O3의 에너지 레벨 맞춤 다이어그램을 표시합니다. QDs 알 음극 접촉, 쇼트 키 접촉 QDs/알 인터페이스를 소개 하는 (그림 2e) 음극에서 전자 주입을 방해 하는 큰 내부 저항에 형성 된다. 저항 접촉은 QDs에서 형성 되는 QDs 접촉할 때 알루미늄: 알루미늄2O3 음극, ...

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공개 사항

공개 하는 것이 없다.

감사의 글

이 작품은 NSFC (51573042)에 키 기본 연구 프로그램의 중국 국가 (973 프로젝트, 2015CB932201), 중앙 대학, 중국 (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47)에 대 한 근본적인 연구 자금에 의해 지원 되었다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
인듐 주석 산화물 (ITO) 코팅 유리
기판		CSG Holding Co., Ltd.저항력&점근; 10 Ω / sq
아연 분말: Sigma-Aldrich96454분자량 : 65.38
이소 프로필 알코올: 베이징 화학 시약: 67-63-0분석적으로 순수한
톨루엔: InnochemI01367분석적으로 순수한
아세톤: InnochemI01366분석적으로 순수한
염산아크로스1242100251N 표준 솔루션
O-디클로로벤젠아크로스39696100098+%, 엑스트라 드라이
폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 도핑된 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT:PSS)H. C.StarkClevious P VP Al 4083
Poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD)Luminescence TechnologyLT-N149
알루미늄 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트) (Alq3)Luminescence TechnologyLT-E401
UV-O 클리너Jelight Company92618
필터JintengJTSF0303/0304폴리에테르 설폰(0.45 μ m)
초음파 세척기HECHUANG 초음파KH-500DE
디지털 멀티 미터UNI-TUT39A
스핀 코터IMECASKW-4A
디지털 핫 플레이트스튜어트SD160

참고문헌

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