Summary
Ett protokoll presenteras för tillverka högpresterande, rena blå ZnCdS/ZnS-baserade quantum dots lysdioder genom att anställa en autoxidized aluminium katod.
Abstract
Stabil och effektiv röd (R), grönt (G) och blått (B) ljuskällor baserat på lösning-bearbetade kvantprickar (QDs) spelar viktiga roller i nästa generations displayer och solid state lighting teknik. Ljusstyrka och effektivitet av blå QDs-baserade lysdioder (LEDs) fortfarande sämre än sina motsvarigheter i rött och grönt, på grund av sin natur unfavorable energinivåerna i olika färger av ljus. För att lösa dessa problem, bör en enhet struktur utformas att balansera den injektion hål och elektroner i emissive QD-skiktet. Häri, genom en enkel autoxidation strategi, ren blå QD-lysdioder som är mycket ljusa och effektiva styrkas med en struktur av ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 katoden kan effektivt balansera de injicerade avgifterna och förbättra radiative rekombination utan att införa en extra elektron transportskiktet (ETL). Som ett resultat, uppnås hög färg-mättade blå QD-lysdioder med en maximal luminans över 13.000 cd m-2, och en maximal nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1. De lättkontrollerad autoxidation förfarande banar väg för att uppnå hög prestanda blå QD-lysdioder.
Introduction
Lysdioder (LEDs) baserat på kolloidalt semiconductor kvantprickar har lockade stort intresse på grund av deras unika fördelar, inklusive lösning processbarhet, avstämbara utsläpp våglängd, utmärkt färg renhet, flexibel tillverkning och låg behandlingen kostar1,2,3,4. Sedan de första demonstrationerna av QDs-baserade ljusdioder i 1994, har enorma ansträngningar ägnats åt tekniska material och enheten strukturer5,6,7. En typisk QD-LED-enheten är utformad för att ha en tre-lager sandwich-arkitektur som består av ett hål transportskiktet (HTL), ett emissive lager och ett lager för elektrontransport (ETL). Valet av en lämplig avgift transportskiktet är kritisk till att balansera den injicerade hål och elektroner i det emissive lagret för radiative rekombination. För närvarande används allmänt vakuum-deponeras små molekyler som ETL, exempelvis bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) och 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Men orsakar obalanserad carrier injektionen ofta rekombination regionen övergången till ETL, att göra oönskade parasiter elektroluminescens (EL) utsläpp och försämrade enhet prestanda9.
För att förbättra enhetens effektivitet och miljömässiga stabilitet, infördes lösning-bearbetade ZnO nanopartiklar som en elektrontransport lager istället för vakuum-deponeras småmolekylär material. Mycket ljusa RGB QD-lysdioder visades för konventionella enhet arkitektur, visar luminans upp till 31,000, 68.000 och 4.200 cd m-2 för utsläpp av orange-röd, grön och blå, respektive10. För en inverterad enhet arkitektur, högpresterande RGB QD-lysdioder med låg vänd på spänning demonstrerades framgångsrikt med ljusstyrka och externa quantum effektivitet (EQE) 23,040 cd m-2 och 7,3% för röd, 218,800 cd m-2 och 5,8% för Green, och 2.250 cd m-2 och 1,7 procent för blå, respektive11. För att balansera de injicerade avgifterna och bevara QDs emissive lagret, infogades en isolerande polymetylmetakrylat (PMMA) tunn film mellan QDs och ZnO ETL. Optimerad deep-röd QD-lysdioderna uppvisade höga externa quantum effektivitet upp till 20,5% och en låg turn-on spänning på endast 1,7 V12.
Dessutom spelar optimera optoelektroniska egenskaper och nanostrukturer av QDs också en avgörande roll för att öka enhetens prestanda. Exempelvis starkt fluorescerande blå QDs med fotoluminescens quantum avkastning (PLQE) upp till 98% var syntetiseras genom optimera ZNSEN sprita tid13. Likaså, hög kvalitet, violett-blå QDs med nära 100% PLQE var syntetiseras genom att exakt kontrollera reaktion temperatur. Violett-blå QDs-LED enheter visade anmärkningsvärd luminans och EQE upp till 4 200 cd m-2 och 3,8%, respektive14. Denna syntesmetod är också tillämpliga på violett ZnSe/ZnS core/shell QDs, QD-lysdioderna uppvisade hög luminans (2,632 cd m-2) och effektivitet (EQE=7.83%) med hjälp av Cd-gratis QDs15. Eftersom blå kvantprickar med höga PLQE har påvisats, spelar hög avgift injektion effektivitet i QDs lager en annan avgörande roll i tillverka högpresterande QD-lysdioder. Genom att ersätta långa kedja oljesyra ligander för att förkorta 1-octanethiol ligander, electron rörlighet QDs film var ökad tvåfaldigt, och ett högt EQE-värde över 10% erhölls16. Yta ligand utbyte kan också förbättra morfologi av QDs film och undertrycka den fotoluminescens snabbkylning bland QDs. Exempelvis visade QDs-LED förbättrad enhetens prestanda genom att använda kemiskt ympade QDs-halvledande polymer hybrider17. Förutom, högpresterande QDs var förberedda genom rimliga optimering av graderade sammansättning och tjocklek av QDs skalet, på grund av den förbättrade kostnad injektion, transport och rekombination18.
I detta arbete introducerade vi en partiell autoxidized aluminium (Al) katod för att förbättra prestanda för ZnCdS/ZnS graderade core/shell-baserade blå QD-LEDs19. Ändringen av potentiell energi barriär av Al katoden bekräftades av ultraviolett fotoelektronen spektroskopi (UPS) och röntgen fotoelektronen spektroskopi (XPS). Dessutom fast Ladda bärare dynamics vid QDs/Al och QDs / Al: Al2O3 gränssnitt analyserades av tid-löst fotoluminescens (TRPL) mätningar. För att ytterligare verifiera påverkan av delvis oxiderat Al på enhetsprestanda, QD-lysdioder med olika katoder (Al endast, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, och ALQ3/Al) var fabricerade. Som ett resultat, högpresterande ren blå QD-LEDs visades genom att anställa Al: Al2O3 katoder, med en maximal luminans av 13,002 cd m-2 och en topp nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1. Dessutom fanns ingen ytterligare ekologiska ETL i enheten-arkitekturen som kan undvika oönskade parasiter EL för att garantera färg renhet under olika arbetande spänningar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. mönster etsning av Indium tinoxiden (ITO) glas
- Skär stora bitar av ITO glas (12 cm × 12 cm) i 15 mm breda remsor. Ren glasytan ITO använder en dammfri trasa med alkohol.
- Kontrollera den ledande sidan av ITO glaset med en digital multimeter. Täcka det aktiva området av ITO glaset med tejp, så att det aktiva området är 2 mm brett i mitten.
- Häll zinkpulver på ITO glaset (till en tjocklek av ca 0,5 mm).
- Häll på saltsyrelösning (36 wt %) på ytan av ITO glaset och låt ITO glaset helt blöt i saltsyralösning, sedan etch för 15 s.
- Häll ut saltsyralösning efter korrosion, sedan skölj ITO glaset med vatten omedelbart. Ta bort tejpen på ITO glaset.
2. rengöring av ITO-glas
- Fördjupa ITO glaset i en petriskål som innehåller aceton lösning för 15 min. torka bort limmet på ITO glaset med hjälp av en bomullstuss.
- Skära ITO glas i fyrkantiga bitar (ca 15 × 15 mm) med en glas fräs.
- Sonikera ITO glaset sekventiellt i tvättmedel vatten, kranvatten, avjoniserat vatten, aceton och isopropylalkohol för 15 min.
- Föna ITO glaset med kvävgas som följt av torkning i ugn på 150 ° C i 5 minuter i luften atmosfär.
- Sätta det rengjorda ITO-glaset i en UV-ozon kammare och behandla i 15 min.
3. tillverkning av ett hål injektion lager
- Ta ut poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) lösningen ur kylskåpet. Rör om PEDOT:PSS lösningen i rumstemperatur i 20 min att få en jämnt utspridda lösning.
Obs: UV-ozon behandling (avsnitt 2.5) och agitation av PEDOT:PSS lösning bör genomföras samtidigt undvika UV-ozon behandlingssvikt. Rumstemperatur upprätthålls vid 25 ° C. - Ta ca 2 mL av PEDOT:PSS lösning med en 10 mL-spruta och installera ett 0,45 µm filter polyeter sulfon (PES) på sprutan.
- Placera ITO glaset i centrum för den spin-bestrykare. Häll två droppar av PEDOT:PSS lösningen på ITO glaset.
- Spinn-rocken filtrerade PEDOT:PSS lösningen på ITO substraten vid 3.000 rpm för 30 s och sedan glödga PEDOT:PSS-belagda ITO vid 150 ° C i 15 min för att ge en 30 nm PEDOT:PSS film.
4. tillverkning av ett hål Transport Layer
Obs: Hål transportskiktet och emissive lagret tillverkas i en kvävgasfylld-handskfacket med kontrollerad syre och vatten koncentration under 50 ppm.
- Lös poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) i o-diklorbensen (1 mL) med en koncentration av 25 mg mL-1. Rör i rumstemperatur över natten i kvävgasfylld-handskfacket.
- Häll 35 µL Poly-TPD lösning på PEDOT:PSS-belagda ITO. Spinn-rocken den Poly-betrodda Publiceringsdomänen lösning vid 3.000 rpm för 30 s för att ge en 40 nm Poly-TPD-film, och sedan glödga vid 150 ° C i 30 min.
5. tillverkning av ett Emissive lager
- Lös ZnCdS/ZnS kvantprickar i toluen lösning (300 µL) med en koncentration av 14,3 mg mL-1.
- Häll 35 µL av ZnCdS/ZnS lösningen på toppen av den Poly-betrodda Publiceringsdomänen. Spin-coat ZnCdS/ZnS lösningen vid 3.000 rpm för 30 s för att ge en 40 nm-film.
Obs: Bakning är inte nödvändigt.
6. vakuum nedfall
- Efter ett tryck på 10-4 Pa uppnås, insättning av aluminium Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) på substratesna med en hastighet av 0,3 Å s-1 i en termisk avdunstning kammare för att ge en 15 nm Alq3 film.
Obs: Alq3 deponeras endast för ITO enhet struktur / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Alq3/Al. - Skrapa en 2 mm bred aktiva lagret med en skrapa att exponera ITO glassubstrat.
- Placera substratesna i en metall mask och överföra dem till en termisk avdunstning kammare. Deponera aluminium elektroden med en hastighet av 1 Å s-1 att ge en 100 nm Al film.
7. Autoxidation förfarande
- Överföra som förberedda Al katoden i vakuumugn och sedan pumpa luft ur ugnen tills det är nästan ett vakuum.
- Öppna ventilen deflation och injicera vattenfri sammansatta luft (O2= 20%, N2= 80%) in i vakuum ugnen med ett tryck på 3 × 104 Pa. oxidera för 0, 4.5, 12 och 17 h i rumstemperatur (i ugnen).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
UV-Vis absorptions- och fotoluminiscens (PL) spektra användes för att spela in de optiska egenskaperna hos ZnCdS/ZnS graderade core/shell-baserade blå QDs. transmissionselektronmikroskopi (TEM) och scanning electron microscopy (SEM) bilder samlades in för de morfologier av QDs (figur 1). Röntga fotoelektronen spektroskopi (XPS), elektrokemiska studie och ultraviolett fotoelektronen spektroskopi (UPS) användes för att upptäcka strukturella egenskaper och energinivåer av QDs (figur 2). Tid-löst fotoluminescens (TRPL) mätningar användes för att upptäcka snabbladdning carrier dynamiken i gränssnittet mellan QDs/Al och QDs / Al: Al2O3 (figur 3). Slutligen var EL prestanda för QD-LEDs utförs (figur 4, figur 5och tabell 1).
Figur 1a visar UV-vis absorptionen och PL utsläpp spektra av ZnCdS/ZNSEN graderade core/shell-baserade blå QDs dispergerade i toluen. QDs lösningen visade en absorption kant på ~ 456 nm och en ren djupblå utsläpp topp ligger på 451 nm med en smal full bredd högst hälften (FWHM) av endast 17,8 nm. Skiss diagram över QDs i infälld visar att graderade core/shell struktur QDs är täckta med kortkedjade 1-octanethiol som surface ligander. Genom att använda en kort kedja, 1-octanethiol molekyl för att ersätta långkedjiga organiska molekyler, förkortas avståndet mellan QDs, vilket förbättrar egenskaperna kostnad injektion i QDs filmen. En representativ överföring elektronmikroskop (TEM) bild av ZnCdS/ZnS blå QDs visade en relativt enhetlig storlek distribution, och den genomsnittliga diametern kan bestämmas att vara 14 ± 1,7 nm (figur 1b). En kontinuerlig kemiska sammansättning gradient inuti QDs kan observeras från den högupplösta överföring elektronmikroskop (HRTEM) bilden av en enda ZnCdS/ZnS QD som visas i figur 1 c. Figur 1 d visar den SEM-bilden av lagrets QDs spin-belagd på Poly-TPD substrat som används i enheten fabrication. Ett enhetligt och fullständigt täckt QDs lager kan ses från SEM bilden, vilket tyder på bra filmbildande egenskaperna för QDs.
Yta kemiska egenskaperna hos autoxidized Al katod analyserades av XPS mätning. Som visas i figur 2a, kan XPS spectrumen av Al 2 p orbitalen utrustas med tre toppar. Topparna på 72,7 74,3 och 75,5 eV motsvarar metalliska Al atomer, γ fasen av Al2O3och amorfa AlOx20. Elektrokemiska cyklisk voltametri (CV) mätningen har utförts för att fastställa valencemusikbandet (VB) och överledning band (CB) energinivåer av ZnCdS/ZnS QDs21. Som illustreras i figur 2b, debut oxidation potential och den debut minskningspotentialen var fast beslutna att vara-1.13 respektive 1,69 V. Som ett resultat, beräknades VB och CB värdena för ZnCdS/ZnS QDs vara 3.58 och 6,4 eV, respektive. Vi mätte arbete funktioner QDs lagret och delvis oxiderat Al katoden av UPS (figur 2 c). Arbete funktioner QDs och Al: Al2O3 var 3.87 och 3,5 eV, respektive, som beräknades genom att subtrahera energierna vid sekundär electron kanterna från ultraviolett källan energi han jag (21.22 eV). Energinivån diagrammet av enheten ges i figur 2d. Figur 2e och figur 2f visar energinivån justering diagram av lagrets QDs med Al och Al: Al2O3. Arbete funktion och Fermi av Al katoden togs från den tidigare rapport22,23.
Nästa, Vi mätte TRPL spektra av olika QDs lager för att avgöra kostnad flygbolaget dynamiken (figur 3). TRPL kurvorna utrustades av bi-exponentiellt sönderfall. För QDs, QDs/Al och QDs / Al: Al2O3 prover, de genomsnittliga livstiderna var 8.945, 4.839 och 5.414 ns, respektive. Jämfört med den QDs/Al prova, QDs / Al: Al2O3 prov uppvisade en längre livstid, som kan hänföras till förbättring av elektron injektion och undertryckandet av icke-strålnings rekombination.
För att ytterligare verifiera effekten av delvis autoxidized Al katoden på QD-LEDs enhetens prestanda, var QDs emissive lager kontaktade med olika katoder fabricerade. Prestandaparametrar av QD-lysdioder med olika katoder sammanfattas i tabell 1. Enheten med ren Al katod visar låg ljusstyrka av 435 cd m-2 på grund av ineffektiva kostnad injektionen (figur 4a). För att förbättra elektronisk överföring förmågan, infördes ett 15 nm Alq3 lager som ETL att balansera de injicerade avgifterna. Som ett resultat, ljusstyrka QDs-LED-enheten förbättrades till 1 300 cd m-2. Efter oxidation behandling uppvisade QD-LEDs enheten (Al: Al2O3) en dramatiskt förbättrad prestanda med en maximal luminans 13,002 cd m-2 och en maximal nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1. Ytterligare insikt i förhållandet mellan enhetens prestanda och oxidation behandling har vunnits genom att infoga ett supertunt Al2O3 lager (1,5 nm) som beskrivs i 24. Men uppvisade Al2O3/Al enheten en maximal luminans 352 cd m-2, som har ingen förbättring jämfört med den kala Al-baserad enheten. Al2O3/Al:Al2O3 enheten uppvisade en blygsam nivå av luminans och effektivitet (10 600 cd m-2 och 1.12 cd A-1) och en relativt hög turn-on spänning (definierat som 1 cd m-2) på 4,8 V. den CE-J visas kurvor QD-lysdioderna i figur 4b. De maximala effektivitetsvinsterna av enheter med Al: Al2O3 och Al2O3/Al:Al2O3 nådde 1,15 och 1.12 cd A-1, respektive, som var mycket högre än för enheter med Al, Al 2 O3/Al och Alq3/Al katoder. I allmänhet en hög tillämpad spänning kommer att framkalla det rumsliga avskiljandet av elektron och hål vinkar fungerar och bör dramatiskt minska radiative rekombination inuti QDs lagret. Autoxidized Al: Al2O3 katoden kan undertrycka exciton snabbkylning vid hög strömtäthet, tack vare förbättrad elektron injektion och hål som blockerar förmågor. Figur 4 c skildrar den J-V och L-V kurvor av QD-LEDs som en funktion av autoxidation tid. Optimerat enheten uppnåddes med hjälp av en 12 h autoxidized Al katod.
Figur 5a visar normaliserad EL spektra av QD-lysdioder baserade på olika katoder. EL toppen av Al: Al2O3 enheten var belägen vid 457.3 nm med en FWHM av bara 21,4 nm, vilket indikerade en ren blå ljus utan någon parasitisk EL utsläpp. Kontrastivt, visar EL spektrumet baserat på Alq3/Al katod en parasitisk EL härstammar från Alq3. Stabil EL utsläpp kan observeras från Al: Al2O3 baserad enhet under olika tillämpad fördomar (Figur 5b). Som illustreras i figur 5 c, lokaliserar koordinaten för EL spektrum på randen till kommissionen Internationale de L'Eclairage (CIE) kromaticitet diagrammet, vilket ger en hög mättade färger. Fig Ure 5 d visar operativa fotografier av QD-lysdioder, som enkelt kan förberedas med stort område av 1 cm2.
Figur 1: optiska egenskaper och morfologier av ZnCdS/ZnS graderade core/shell-baserade blå QDs. (en) Absorption och PL spektra av ZnCdS/ZnS QDs distribueras i toluen lösning. (b), TEM bild och (c), HRTEM bild av QDs. (d) SEM-bild av QDs filmdragerade spin-på Poly-TPD substrat som används i enheten fabrication. Omtryckt med tillåtelse från 19. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: användningen av röntgen fotoelektronen spektroskopi (XPS), elektrokemiska studie och ultraviolett fotoelektronen spektroskopi (UPS) att detektera strukturella egenskaper och energinivåer av QDs. (en) Al 2 p orbital XPS spektra av autoxidized Al: Al2O3 katod. (b) den cyklisk voltametri (CV) kurvor av ZnCdS/ZnS QDs lösningen. (c) UPS spektra av ZnCdS/ZnS QDs filmen och autoxidized Al: Al2O3 katoden beredd på ITO substrat. Infälld är den fullständiga vy av spectrana. (d), platt band energinivån diagram över QD-LED-enheten. (e) energinivå diagram på QDs/Al gränssnitt och (f) QDs / Al: Al2O3 gränssnitt. Omtryckt med tillåtelse från 19. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: tid-löst fotoluminescens förfalla för QDs filmer i kontakt med olika lager. Omtryckt med tillåtelse från referens19. TRPL kurvorna utrustades av bi-exponentiellt sönderfall. Jämfört med den QDs/Al prova, QDs / Al: Al2O3 prov uppvisar en längre livstid, som kan hänföras till förbättring av elektron injektion och undertryckande av icke-strålnings rekombination. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: EL prestanda för QD-LEDs baserat på olika katoder. (en) strömtäthet luminans-spänning (J-L-V) och (b) nuvarande effektivitet-strömtäthet (CE-J) karakteristikkurvor av enheter med olika katoder. (c), J-L-V kurvor av enheter med olika Al katoder autoxidized tid. Omtryckt med tillåtelse från19. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: EL spectra, CIE-koordinater och operativa fotografier av en Al: Al2O3 baserade QD-lysdioder. (en) EL spektra av QD-LEDs baserat på Al, Al: Al2O3, Al2O3: Al, Al2O3/Al:Al2O3 och Alq3/Al katoder. Infälld är operativa fotografier av QD-lysdioder med aktivt område av 4 mm2. (b), EL spektra av QD-LEDs härrör från olika fördomar. (c) CIE-koordinater av Al: Al2O3 baserat QD-lysdioder. (d) operativsystem fotografier av QD-lysdioder med aktivt område på 1 cm2. Omtryckt med tillåtelse från 19. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Typ av prov | Maximal luminans | Topp nuvarande effektivitet | Turn-on spänning | Utsläpp peak | FWHM |
| (cd m-2) | (cd en-1) | (V) | (nm) | (nm) | |
| Al | 435 | 0,11 | 3.56 | 459,1 | 22,5 |
| Al: Al2O3 | 13002 | 1.15 | 3.83 | 457.3 | 21,4 |
| Al2O3/Al | 352 | 0,11 | 3.70 | 458,8 | 20,9 |
| Al2O3/Al:Al2O3 | 10600 | 1.12 | 4,80 | 457.1 | 20,8 |
| ALQ3/Al | 1300 | 0,57 | 4.20 | 455.9 | 17,5 |
Tabell 1: EL parametrar för QD-LEDs baserat på olika katoder. Omtryckt med tillåtelse från referens19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Enheten arkitekturen av den blå QD-LED består av en ITO transparent anod, en PEDOT:PSS HIL (30 nm), en Poly-TPD HTL (40 nm), en ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm), och en Al: Al2O3 katoden (100 nm). På grund av den porösa karaktären av Al katoden fick vi en oxiderad Al katod genom att utsätta det för syre. Figur 2e och figur 2f visar energinivån justering diagram av QDs lager med Al och Al: Al2O3. När QDs kontakt med Al katoden, bildas en Schottky kontakt på gränssnittet QDs/Al, som introducerar stora inre motstånd för att hindra den elektron injektionen från katoden (figur 2e). När QDs kontakta Al: Al2O3 katoden, en ohmsk kontakt bildas på QDs / Al: Al2O3 gränssnitt (figur 2f), vilket minskar den elektron injektion barriären och accelererar elektron injektionen. Minskningen av potentiell energi barriär på QDs/katod gränssnitt förbättrade elektron injektion effektiviteten och minskar energiförbrukningen. För att ytterligare undersöka de exciton som dämpar effekten på gränssnittet QDs/katod, TRPL spektra analyserades (figur 3). QDs / Al: Al2O3 prov visade en längre PL förfalla time (5.414 ns) jämfört som QDs/Al provet (4.839 ns), som anger lindring av den luminiscens snabbkylning QD/katod gränssnitt25,26. Därför kan förbättrad enhetens prestanda tillskrivas minskad potentiella barriären och undertryckandet av luminiscens snabbkylning.
Al: Al2O3 katoden kan förberedas av lättkontrollerad autoxidation förfaranden. Det bör noteras att det finns inga ytterligare ETL inblandade i protokollet. Enhetens prestanda förväntas förbättras ytterligare efter att kombinera autoxidized Al: Al2O3 katoden med andra ETL (t.ex., ZnO)12,13,15.
Sammanfattningsvis har vi presenterat en ny metod för att förbättra både ljusstyrka och effektivitet av blå QD-lysdioder med autoxidized Al katod. Hög färg-mättade QD-blåttljusdioder har påvisats med en maximal luminans 13,002 cd m-2 och en topp nuvarande effektivitet 1,15 cd A-1, som redovisas bland bästa prestanda i andra verk. Förbättrad enhetens prestanda kan tillskrivas den förbättrade elektron injektion och undertryckta luminiscens snabbkylning. Metoden presenteras i detta protokoll är därför ett viktigt steg mot förverkligandet av högpresterande blå QD-LED enheter.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har inget att redovisa.
Acknowledgments
Detta arbete stöds av den NSFC (51573042), The National Key grundläggande forskning Program Kina (973 projekt, 2015CB932201), grundläggande forskningsmedel för Central universiteten, Kina (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).
