Summary
Un protocollo è presentato per fabbricare ad alte prestazioni, puri blu ZnCdS/ZnS-basato quantum dots diodi emettitori di luce impiegando un catodo di alluminio autoxidized.
Abstract
Stabile ed efficiente rosso (R), verde (G) e fonti di luce blu (B) basati su punti quantici di soluzione-trattati (QD) giocano un ruolo importante nei display di nuova generazione e tecnologie di illuminazione a stato solido. La luminosità e l'efficienza di blu basato su QD diodi emettitori di luce (LED) rimangono inferiori alle loro controparti rossi e verde, a causa dei livelli di energia intrinsecamente sfavorevoli dei diversi colori della luce. Per risolvere questi problemi, una struttura periferica dovrebbe essere progettata per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nello strato QD emissivo. Qui, attraverso una strategia di autossidazione semplici, QD-LED blu puri che sono altamente luminose ed efficienti sono dimostrate, con una struttura di ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QD/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 catodo può efficacemente bilanciare le accuse iniettate e usufruire di ricombinazione radiativa senza introdurre uno strato supplementare di trasporto dell'elettrone (ETL). Di conseguenza, alto colore saturo blu QD-LED si ottengono con una luminanza massima oltre 13.000 cd m-2e un'efficienza massima corrente di 1,15 cd A-1. QD-LED blu l'apre di procedura autossidazione facilmente controllabile la strada per il raggiungimento di elevate prestazioni.
Introduction
Diodi emettitori di luce (LED) basati su punti quantici di semiconduttore colloidali hanno attirato grande interesse a causa della loro vantaggi unici, tra cui lavorabilità soluzione, lunghezza d'onda di emissione sintonizzabile, purezza di colore eccellente, fabbricazione flessibile e basso elaborazione costo1,2,3,4. Poiché le prime dimostrazioni di LED basati su QD nel 1994, enormi sforzi sono stati dedicati all'ingegneria materiali e dispositivo strutture5,6,7. Un tipico dispositivo QD-LED è progettato per avere un'architettura di sandwich a tre strati che consiste di un livello di trasporto del foro (HTL), un livello emissivo e uno strato di trasporto dell'elettrone (ETL). La scelta di un livello di trasporto di carica adatto è fondamentale per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nel livello emissivo per ricombinazione radiativa. Attualmente, vuoto-depositati piccole molecole sono ampiamente usati come ETL, per esempio, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) e 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Tuttavia, l'iniezione di vettore sbilanciato spesso provoca lo spostamento di regione di ricombinazione di ETL, facendo delle emissioni indesiderate parassita elettroluminescenza (EL) e peggiorando le prestazioni dispositivo9.
Per migliorare l'efficienza del dispositivo e la stabilità ambientale, elaborata soluzione di nanoparticelle di ZnO sono stati introdotti come uno strato di trasporto dell'elettrone anziché vuoto-depositati materiali della piccolo-molecola. QD-LED RGB altamente luminosi sono stati dimostrati per architettura dei dispositivi convenzionali, mostrando di luminanza fino a 31.000, 68.000 e 4.200 cd m-2 per emissione di rosso-arancio, verde e blu, rispettivamente10. Per un'architettura di dispositivo invertito, ad alte prestazioni QD-LED RGB con Disabilita bassa tensione sono stati dimostrati con successo con luminosità ed efficienza quantica esterna (EQE) di cd 23.040 m-2 e 7,3% per rosso, 218.800 cd m-2 e del 5,8% per verde e cd 2.250 m-2 e 1,7% per il blu, rispettivamente11. Per bilanciare le accuse iniettate e preservare il livello emissivo QD, una pellicola sottile di isolante poly(methylmethacrylate) (PMMA) è stata inserita tra i QD e ZnO ETL. QD-LED rosso-cupo ottimizzato ha esibito efficienza quantica esterna alta fino a 20,5% e una tensione di accensione basso di soli 1,7 V12.
Inoltre, ottimizzando l'optoelettronici proprietà e nanostrutture di QD anche gioca un ruolo cruciale nell'aumentare le prestazioni del dispositivo. Per esempio, altamente fluorescente blu QD con fotoluminescenza quantistica produrre (PLQE) fino a 98% sono stati sintetizzati attraverso ottimizzazione ZnS sgranare tempo13. Allo stesso modo, alta qualità, blu-violetto QD con vicino 100% PLQE sono stati sintetizzati con precisione il controllo della temperatura di reazione. Il blu-violetto QD-LED dispositivi ha mostrati notevole luminosità ed EQE fino a 4.200 cd m-2 e 3.8%, rispettivamente14. Questo metodo di sintesi è anche applicabile alla violetta ZnSe/ZnS core/shell QD, i QD-LED ha esibito ad alta luminanza (cd 2.632 m-2) ed efficienza (EQE=7.83%) utilizzando Cd-free QD15. Poiché sono stati dimostrati punti quantici blu con alta PLQE, efficienza di iniezione ad alta carica nello strato QD svolge un altro ruolo cruciale nella fabbricazione ad alte prestazioni QD-LED. Sostituendo i ligandi di acido oleico a lunga catena per accorciare ligandi 1-octanethiol, la mobilità di elettrone di QD film era aumentato due volte, e un alto valore EQE oltre il 10% è stato ottenuto16. Lo scambio di superficie ligando può anche migliorare la morfologia della pellicola QD e sopprimere il quenching della fotoluminescenza tra QD. Per esempio, QD-LED ha mostrato prestazioni migliorate dispositivo utilizzando chimicamente innestati QD-semiconduttori polimerici ibridi17. Inoltre, ad alte prestazioni QD sono stati preparati tramite ottimizzazione ragionevole della composizione graduata e spessore del guscio QD, dovuto l'iniezione di carica avanzato, trasporti, ricombinazione18.
In questo lavoro, abbiamo introdotto un catodo di alluminio (Al) autoxidized parziale per migliorare le prestazioni di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD-LED19. Il cambiamento della barriera di energia potenziale del catodo Al è stato confermato mediante spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) e spettroscopia fotoelettronica a raggi x (XPS). Inoltre, il digiuno carica dinamica di vettore al QD/Al e QD / Al: Al2O3 interfaccia sono stati analizzati mediante misure di fotoluminescenza risolta in tempo (TRPL). Al fine di convalidare ulteriormente l'influenza di Al parzialmente ossidato sulle prestazioni del dispositivo, QD-LED con catodi diversi (Al solo, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, e ALQ3/Al) sono stati fabbricati. Di conseguenza, blu puro ad alte prestazioni, QD-LED sono stati dimostrati impiegando Al: Al2O3 catodi, con una luminosità massima di 13.002 cd m-2 e un'efficienza di corrente di picco di 1,15 cd A-1. Inoltre, non c'era nessun ulteriori ETL biologici coinvolti nell'architettura di dispositivo, che può evitare EL parassita indesiderato per garantirne la purezza di colore sotto diverse tensioni di lavoro.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. modello acquaforte di Indio ossido di stagno (ITO) vetro
- Tagliare grossi pezzi di vetro di ITO (12 cm × 12 cm) in 15 mm nastri larghi. Pulire la superficie di vetro di ITO con un panno privo di polvere con alcool.
- Controllare il lato conduttivo del vetro ITO con un multimetro digitale. Coprire l'area attiva del vetro ITO con nastro adesivo, in modo che l'area attiva è di 2 mm di larghezza nel mezzo.
- Versare la polvere di zinco sul vetro ITO (per uno spessore di circa 0,5 mm).
- Versare la soluzione di acido cloridrico (36% in peso) sulla superficie del vetro ITO e consentire di utilizzare il vetro ITO completamente immergere in soluzione di acido cloridrico, quindi etch per 15 s.
- Versare la soluzione di acido cloridrico dopo corrosione, quindi lavare il vetro di ITO con acqua immediatamente. Rimuovere il nastro adesivo sul vetro ITO.
2. pulizia del vetro di ITO
- Immergere il vetro ITO in una piastra Petri contenente una soluzione di acetone per 15 min. da pulire fuori la colla sul vetro ITO usando un batuffolo di cotone.
- Tagliare il vetro ITO in pezzi quadrati (circa 15 mm × 15 mm) con un tagliavetro.
- Sonicare il vetro ITO in sequenza in acqua detergente, acqua di rubinetto, acqua deionizzata, acetone e alcool isopropilico per 15 min.
- Piega il vetro ITO con azoto gas seguita da asciugatura in forno a 150 ° C per 5 min in atmosfera di aria.
- Mettere il vetro ITO pulito in una camera di ultravioletto-ozono e trattare per 15 min.
3. realizzazione di un livello di iniezione del foro
- Prendere la soluzione di poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) dal frigorifero. Agitare la soluzione PEDOT:PSS a temperatura ambiente per 20 minuti ottenere una soluzione uniformemente dispersa.
Nota: Il trattamento con UV-ozono (sezione 2.5) e l'agitazione della soluzione PEDOT:PSS dovrebbe svolgersi simultaneamente per evitare il fallimento del trattamento UV-ozono. Temperatura ambiente è mantenuta a 25 ° C. - Prendere circa 2 mL di soluzione di PEDOT:PSS con una siringa da 10 mL e installare un filtro di 0.45 µm Polietere solfone (PES) sulla siringa.
- Posizionare il vetro ITO al centro di rotazione-coater. Versare due gocce della soluzione PEDOT:PSS sul vetro ITO.
- Spin-cappotto la soluzione filtrata PEDOT:PSS sul substrato di ITO a 3.000 giri/min per 30 s e quindi tempri la PEDOT:PSS-rivestito ITO a 150 ° C per 15 min dare un film di PEDOT:PSS 30 nm.
4. realizzazione di un livello di trasporto del foro
Nota: Il livello di trasporto del foro e il layer emissivo sono fabbricati in un glovebox azoto-riempito con concentrazione controllata di ossigeno e acqua inferiore a 50 ppm.
- Sciogliere poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) in o-diclorobenzene (1 mL) con una concentrazione di 25 mg mL-1. Mescolare a temperatura ambiente durante la notte nella scatola per guanti-riempito di azoto.
- Versare 35 µ l di soluzione di poli-TPD sulla PEDOT:PSS-rivestito ITO. Soluzione di spin-cappotto Poly-TPD a 3.000 giri/min per 30 s per dare un film nm Poly-TPD 40 e poi ricottura a 150 ° C per 30 min.
5. fabbricazione di un Layer emissivo
- Sciogliere i punti di quantum ZnCdS/ZnS nella soluzione di toluene (300 µ l) con una concentrazione di 14,3 mg mL-1.
- Versare 35 µ l della soluzione sulla parte superiore della Poly-TPD ZnCdS/ZnS. Spin-cappotto la soluzione di ZnCdS/ZnS a 3.000 giri/min per 30 s per dare un film nm 40.
Nota: Cottura non è necessario.
6. vuoto deposizione
- Dopo aver raggiunto una pressione di 10-4 Pa, depositare l'alluminio Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) sui substrati con un tasso di 0,3 Å s-1 in un'evaporazione termica della camera per dare un 15 nm Alq3 film.
Nota: Il Alq3 è depositato solo per la struttura periferica di ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QD/Alq3/Al. - Raschiare un livello ampio attivo 2 mm con un raschietto per esporre il substrato di vetro di ITO.
- Posizionare i substrati in una maschera di metallo e trasferirli in una camera di evaporazione termica. Depositare l'elettrodo di alluminio con un tasso di 1 Å s-1 per dare una 100 nm Al film.
7. autossidazione procedura
- Trasferire Al catodo come preparato in un forno sottovuoto e poi pompare aria fuori dal forno, fino a quando è quasi vuoto.
- Aprire la valvola di sgonfiaggio e iniettare aria composto anidro (O2= 20%, N2= 80%) in forno sottovuoto con una pressione di 3 × 104 PA. ossidare per 0, 4.5, 12 e 17 h a temperatura ambiente (in forno).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Assorbimento UV-Vis e spettri di fotoluminescenza (PL) sono stati utilizzati per registrare le proprietà ottiche di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD. microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e scansione immagini di microscopia elettronica (SEM) sono state raccolte per la morfologie di QD (Figura 1). Raggi x di spettroscopia di fotoelettroni (XPS), studio elettrochimico e spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) sono stati impiegati per rilevare le proprietà strutturali e livelli di energia di QD (Figura 2). Risolta in tempo misure di fotoluminescenza (TRPL) sono state usate per rilevare le dinamiche di vettore di carica veloce all'interfaccia tra QD/Al e QD / Al: Al2O3 (Figura 3). Infine, EL performance di QD-LED è stata eseguita (Figura 4, Figura 5e tabella 1).
Figura 1a Mostra l'assorbimento UV-vis e PL tra gli spettri di emissione di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD dislocati in toluene. La soluzione di QD ha mostrato un picco di assorbimento a ~ 456 nm e un picco di emissione blu scuro puro si trova a 451 nm con una stretta larghezza piena a metà altezza (FWHM) di solo 17,8 nm. Diagramma di schizzo di QD nello spettacolo inserto che la struttura graduata core/shell di QD sono limitati con catena corta 1-octanethiol come leganti di superficie. Utilizzando una catena corta, la molecola 1-octanethiol per sostituire la lunga catena di molecole organiche, la distanza tra QD è ridotto, che migliora le proprietà di iniezione di carica nel film QD. Un'immagine di microscopio elettronico (TEM) di trasmissione rappresentativo di ZnCdS/ZnS blu QD ha mostrato una distribuzione relativamente uniforme, e il diametro medio può essere determinato da 14 ± 1,7 nm (Figura 1b). Un gradiente di composizione chimica continua all'interno di QD può essere osservato dall'immagine di microscopio elettronico (HRTEM) di trasmissione ad alta risoluzione di un singolo QD ZnCdS/ZnS come mostrato in Figura 1 c. D Figura 1 Mostra l'immagine di SEM dello strato QD spin-rivestito sul substrato di Poly-TPD come usato nella fabbricazione di dispositivi. Uno strato uniforme e completamente rivestito di QD può essere visto dall'immagine di SEM, che indica la buona proprietà filmogene di QD.
Le caratteristiche chimiche superficiali di autoxidized Al catodo sono state analizzate tramite la misura di XPS. Come mostrato nella Figura 2a, lo spettro XPS del orbital 2P Al possa essere dotato di tre cime. Le cime a 72,7 74,3 e 75,5 eV corrispondono agli atomi metallici Al, fase γ di Al2O3e amorfo AlOx20. Misura elettrochimica voltammetria ciclica (CV) è stata eseguita per determinare la fascia di Valenza (VB) e livelli di energia di banda (CB) conduzione del ZnCdS/ZnS QD21. Come illustrato nella Figura 2b, il potenziale di ossidazione di insorgenza e il potenziale di riduzione di insorgenza sono stati determinati per essere -1,13 e 1,69 V, rispettivamente. Di conseguenza, i valori di VB e CB per ZnCdS/ZnS QD sono stati calcolati a 3,58 e 6,4 eV, rispettivamente. Abbiamo misurato le funzioni di lavoro dello strato QD e parzialmente ossidato Al catodo da UPS (Figura 2C). Le funzioni di lavoro di QD e Al: Al2O3 erano 3,87 e 3,5 eV, rispettivamente, che sono stati calcolati sottraendo le energie sui bordi di elettroni secondari dall'energia della sorgente ultravioletta egli mi (21,22 eV). Il diagramma di livello di energia del dispositivo è dato in figura 2d. Figura 2e e 2f figura visualizzare i diagrammi di allineamento del livello di energia del livello QD con Al e Al: Al2O3. La funzione di lavoro e il livello di Fermi del catodo Al sono state scattate dal precedente rapporto22,23.
Successivamente, abbiamo misurato gli spettri TRPL dei diversi strati QD per determinare le dinamiche di elemento portante della carica (Figura 3). Le curve TRPL erano montate da decadimenti bi-esponenziale. Per QD, QD/Al e QD / Al: Al2O3 campioni, la durata media erano 8.945, 4.839 e 5.414 ns, rispettivamente. Confrontato con il QD/Al campione, QD / Al: Al2O3 campione ha esibito una vita più lunga, che può essere attribuita al miglioramento di iniezione di elettroni e la soppressione di ricombinazione non-radiativa.
Per verificare ulteriormente l'effetto di parzialmente autoxidized Al catodo sulle prestazioni del dispositivo QD-LED, QD livelli emissivi contattati con catodi diversi sono stati fabbricati. I parametri di prestazione di QD-LED con diversi catodi sono riassunti nella tabella 1. Il dispositivo con puro Al catodo Mostra bassa luminosità di 435 cd m-2 a causa dell'iniezione di carica inefficiente (Figura 4a). Al fine di migliorare la capacità di trasmissione elettronica, uno strato di 15 nm Alq3 è stato introdotto come ETL per bilanciare le accuse iniettate. Di conseguenza, la luminosità del dispositivo QD-LED migliorato a 1.300 cd m-2. Dopo il trattamento di ossidazione, il dispositivo QD-LED (Al: Al2O3) ha esibito una performance notevolmente migliorata con una massima efficienza attuale di 1,15 cd A-1e una luminosità massima di 13.002 cd m-2 . Ulteriore comprensione del rapporto tra le prestazioni del dispositivo e trattamento di ossidazione è stato guadagnato con l'inserimento di un ultrasottile Al2O3 strati (1.5 nm) come descritto in 24. Tuttavia, il dispositivo di Al2O3/Al hanno esibito una luminanza massima di 352 cd m-2, che non ha nessun miglioramento rispetto la periferica basata su Al nudo. Il dispositivo di3 Al2O3/Al:Al2O hanno esibito un modesto livello di luminanza e di efficienza (10.600 cd m-2 e cd 1,12 A-1) e una tensione di accensione relativamente alta (definito come 1 cd m-2) di 4,8 V. la CE-J curve dei QD-LED sono illustrate in Figura 4b. La massima efficienza dei dispositivi con Al: Al2O3 e Al2O3/Al:Al2O3 raggiunto 1,15 e 1.12 cd A-1, rispettivamente, che era molto superiore a quello dei dispositivi con Al, Al 2 O3/Al e Alq3/Al catodi. In generale, un'alta tensione applicata indurrà la separazione spaziale delle funzioni d'onda dell'elettrone e foro e dovrebbe ridurre drasticamente il tasso di ricombinazione radiativa all'interno dello strato di QD. Il catodo autoxidized Al: Al2O3 possa sopprimere eccitone tempra a alta densità di corrente, a causa dell'iniezione di elettroni avanzata e foro bloccando i poteri. Figura 4c raffigura il J-V e L-V curve di QD-LED in funzione del tempo di autossidazione. Il dispositivo ottimizzato è stato realizzato utilizzando un autoxidized di 12 h Al catodo.
Figura 5a Mostra che gli spettri EL normalizzati di QD-LED basato su vari catodi. Il picco EL del dispositivo Al: Al2O3 era situato presso 457,3 nm con un FWHM di unico 21,4 nm, che indicava una luce blu pura senza alcuna emissione di EL parassita. Contrastively, lo spettro EL basato su Alq3/Al catodo Mostra un parassita EL ha provenuto da Alq3. Stabile EL emissione può essere osservata da Al: Al2O3 in base dispositivo sotto diverse polarizzazioni applicate (Figura 5b). Come illustrato nella Figura 5 c, la coordinata dello spettro EL individua al limite del diagramma cromatico della Commissione Internationale de Eclairage (CIE), derivando un alto colore saturo. Fig. Ure 5d Mostra il funzionamento fotografie di QD-LED, che possono essere facilmente preparati con grande superficie di 1 cm2.
Figura 1: proprietà ottiche e morfologie di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD. (un) spettri di assorbimento e PL di QD ZnCdS/ZnS distribuiti in soluzione di toluene. (b) TEM immagine e (c) HRTEM immagine dell'immagine di QD. (d) SEM di QD film spin-rivestito sul substrato di Poly-TPD come usato nella fabbricazione di dispositivi. Ristampato con il permesso dal 19. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: uso di raggi x spettroscopia di fotoelettroni (XPS), studio elettrochimico e spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) per rilevare le proprietà strutturali e livelli di energia di QD. (un) Al 2P orbitale XPS spectra del catodo autoxidized Al: Al2O3 . (b) la voltammetria ciclica (CV) curve della soluzione ZnCdS/ZnS QD. (c) spettri UPS del film ZnCdS/ZnS QD e il catodo di autoxidized Al: Al2O3 preparati su substrati di ITO. Inserto è la visualizzazione completa degli spettri. (d) il piatto il diagramma di livello di energia di banda del dispositivo QD-LED. livello di energia (e) il diagramma all'interfaccia QD/Al e (f) QD / Al: Al2O3 interfaccia. Ristampato con il permesso dal 19. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: decadimento di fotoluminescenza risolta in tempo per QD film contattando con diversi strati. Ristampato con il permesso di riferimento19. Le curve TRPL erano montate da decadimenti bi-esponenziale. Confrontato con il QD/Al campione, QD / Al: Al2O3 campione presenta una maggiore durata, che può essere attribuita al miglioramento di iniezione di elettroni e soppressione di ricombinazione non-radiativa. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: EL prestazioni di QD-LED basano su diversi catodi. (un) densità di corrente-luminanza-tensione (J-L-V) e (b) corrente curve di densità di corrente di efficienza (CE-J) caratteristiche dei dispositivi con catodi diversi. (c) The J-L-V curve di dispositivi con diversa ora di autoxidized Al catodi. Ristampato con il permesso dal19. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: EL spettri, coordinate CIE e funzionamento fotografie di Al: Al2O3 basano QD-LED. (un) EL spettri di QD-LED basato su Al, Al: Al2O3, Al2O3: Al, Al2O3/Al:Al2O3 e Alq3/Al catodi. Inserto è i funzionamento fotografie di QD-LED con area attiva di 4 mm2. (b), EL spettri di QD-LED derivano da vari pregiudizi. (c) coordinate CIE Al: Al2O3 basano QD-LED. (d) operativo fotografie di QD-LED con area attiva di 1 cm2. Ristampato con il permesso dal 19. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Tipo di campione | Luminanza di picco | Efficienza di picco | Tensione di accensione | Picco di emissione | FWHM |
| (cd m-2) | (cd un-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:Al,2O3 | 10600 | 1.12 | 4.80 | 457,1 | 20,8 |
| ALQ3/Al | 1300 | 0.57 | 4,20 | 455.9 | 17,5 |
Tabella 1: parametri EL di QD-LED basato su diversi catodi. Ristampato con il permesso di riferimento19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
L'architettura del dispositivo del blu QD-LED è costituito da un anodo trasparente di ITO, un HIL PEDOT:PSS (30 nm), un HTL Poly-TPD (40 nm), un ZnCdS/ZnS QD EML (40 nm) e un catodo di Al: Al2O3 (100 nm). A causa del carattere poroso del catodo Al, abbiamo ottenuto un ossidato Al catodo esponendolo all'ossigeno. Figura 2e e 2f figura visualizzare i diagrammi di allineamento del livello di energia dello strato di QD con Al e Al: Al2O3. Quando in contatto con il catodo Al QD, un contatto dello Schottky è formato all'interfaccia QD/Al, che introduce grande resistenza interna per ostacolare l'iniezione di elettroni dal catodo (Figura 2e). Quando QD contattare il catodo di Al: Al2O3 , un contatto ohmico è formato a QD / Al: Al2O3 interfaccia (Figura 2f), che riduce la barriera di iniezione di elettroni e accelera l'iniezione di elettroni. La diminuzione della energia potenziale barriera all'interfaccia QD/catodo ha migliorato l'efficienza di iniezione di elettroni e ridotto il consumo di energia. Per indagare ulteriormente l'eccitone tempra effetto all'interfaccia QD/catodo, sono stati analizzati gli spettri TRPL (Figura 3). QD / Al: Al2O3 campione ha mostrato un più lungo tempo di decadimento di PL (5.414 ns) rispetto a quella del campione QD/Al (4.839 ns), che indica di alleviamento della tempra di luminescenza a QD/catodo interfaccia25,26. Pertanto, le prestazioni del dispositivo aumentato possono essere ascritto alla barriera di potenziale ridotta e la soppressione di luminescenza tempra.
Il catodo di Al: Al2O3 possa essere preparato da procedure di autossidazione facilmente controllabile. Si noti che non esiste nessun ulteriori ETL coinvolti nel protocollo. Le prestazioni del dispositivo dovrebbe essere ulteriormente migliorata dopo che combina il catodo autoxidized Al: Al2O3 con altri ETL (ad es., ZnO)12,13,15.
In conclusione, abbiamo presentato un nuovo metodo per migliorare la luminosità e l'efficienza di QD-LED blu utilizzando autoxidized Al catodo. Alto colore saturo blu QD-LED sono stati dimostrati con una luminanza di picco di 13.002 cd m-2 e un'efficienza di corrente di picco di 1,15 cd A-1, che è tra le migliori prestazioni riportati in altre opere. Le prestazioni del dispositivo aumentato possono essere ascritto alla iniezione di elettroni migliorata e soppressa luminescenza tempra. Di conseguenza, il metodo presentato in questo protocollo è un passo importante verso la realizzazione di dispositivi di QD-LED blu ad alte prestazioni.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Non abbiamo nulla di divulgare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato supportato da NSFC (51573042), The National chiave base ricerca programma della Cina (progetto 973, 2015CB932201), fondi di ricerca fondamentali per le Università centrale, Cina (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).
