Summary
Een protocol wordt gepresenteerd voor het fabriceren van hoogwaardige, zuiver blauw ZnCdS/ZnS gebaseerde quantum dots lichtdioden door gebruik te maken van een autoxidized aluminium kathode.
Abstract
Stabiel en efficiënt rood (R), groen (G) en blauwe (B)-lichtbronnen op basis van oplossing-verwerkte quantumdots (QDs) spelen belangrijke rollen in de volgende-generatie displays en Solid state lighting-technologieën. De helderheid en efficiëntie van blauwe QDs gebaseerde lichtgevende dioden (LEDs) blijven inferieur aan hun rode en groene collega's, als gevolg van de inherent ongunstige energieniveaus van verschillende kleuren van het licht. Het oplossen van deze problemen, moet een opbouw van het apparaat worden ontworpen om het evenwicht van de injectie gaten en elektronen in de emissieve QD laag. Hierin, door middel van een eenvoudige autoxidation strategie, zuivere blauwe QD-LEDs die zeer helder en efficiënt zijn worden gedemonstreerd, met een structuur van ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al2O3. De autoxidized Al: Al2O3 kathode kan effectief evenwicht van de geïnjecteerde kosten en verbeteren radiatieve recombinatie zonder de invoering van een extra elektronentransport laag (ETL). Dientengevolge, worden hoge verzadigde kleur blauw QD-LEDs bereikt met een maximale luminantie over 13.000 cd m-2, en een maximale huidige efficiëntie van 1,15 cd A-1. De gemakkelijk-gecontroleerde autoxidation procedure baant de weg voor het bereiken van krachtige blauwe QD-LEDs.
Introduction
Lichtgevende dioden (LEDs) op basis van colloïdale halfgeleider quantumdots hebben grote belangstelling vanwege hun unieke voordelen, met inbegrip van oplossing verwerkbaarheid, afstembare emissie golflengte, uitstekende kleur zuiverheid, flexibele fabricage en lage verwerking kosten1,2,3,4. Sinds de eerste demonstraties van QDs gebaseerde LEDs in 1994, hebben enorme inspanningen besteed aan de materialen en het apparaat structuren5,6,7engineering. Een typische QD-LED-apparaat is ontworpen voor het hebben van een architectuur van drie lagen sandwich die uit een gat transportlaag (HTL), een emissieve laag, en een elektron transportlaag (ETL bestaat). De keuze van een geschikt gratis transportlaag is cruciaal voor het balanceren van de geïnjecteerde gaten en elektronen in de emissieve laag voor radiatieve recombinatie. Momenteel, worden kleine molecules vacuüm-gestort veel gebruikt als ETL, bijvoorbeeld bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) en 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. De onevenwichtige vervoerder injectie vaak veroorzaakt echter de verschuiving van de regio recombinatie aan ETL, waardoor ongewenste parasitaire elektroluminescentie (EL) emissie en verslechtert de apparaat prestaties9.
Ter verhoging van de efficiëntie van het apparaat en de ecologische stabiliteit, oplossing-verwerkte ZnO nanopartikels geïntroduceerd als een laag elektronentransport in plaats van de kleine-molecuul vacuüm-gestort materialen. Zeer lichte RGB QD-LEDs werden gedemonstreerd voor conventioneel apparaat architectuur, luminantie tot 31.000, 68.000 en 4.200 cd m-2 voor emissie van oranje-rood, groen en blauw, respectievelijk10toont. Voor een omgekeerde architectuur, zijn krachtige RGB QD-LED's met lage spanning zet succesvol gebleken met helderheid en externe quantum efficiency (EQE) van 23,040 cd m-2 en 7,3% voor rood, 218,800 cd m-2 en 5,8% voor groen, en 2250 cd m-2 en 1,7% voor blauw, respectievelijk11. Om het evenwicht van de geïnjecteerde kosten en behoud van de QDs emissieve laag, was een isolerende poly(methylmetacrylaat) (PMMA) dunne film tussen de QDs en ZnO ETL ingevoegd. De geoptimaliseerde diep-rode QD-LEDs tentoongesteld hoge externe quantum efficiency tot 20,5% en een lage turn-on spanning van slechts 1,7 V12.
Bovendien, het optimaliseren van de opto-elektronische eigenschappen en nanostructuren van QDs speelt ook een cruciale rol in het stimuleren van de Apparaatprestaties. Bijvoorbeeld, sterk fluorescerende blauw QDs met fotoluminescentie quantum opleveren (PLQE) tot 98% waren gesynthetiseerd door het optimaliseren van de beschietingen van tijd13ZnS. Evenzo, kwalitatief hoogwaardige, violetblauw QDs met in de omgeving van 100% PLQE werden gesynthetiseerd door het juist beheersen van de temperatuur van de reactie. De violet-blauwe QDs-LED apparaten toonde opmerkelijke luminantie en EQE omhoog tot 4200 cd m-2 en 3,8%, respectievelijk14. Deze synthese methode geldt ook voor violette ZnSe/ZnS kern/shell QDs, de QD-LEDs tentoongesteld hoge luminantie (2,632 cd m-2) en -efficiëntie (EQE=7.83%) met behulp van Cd-vrije QDs15. Aangezien blauwe quantumdots met hoge PLQE hebben aangetoond, speelt hoge kosten-efficiëntie van de injectie in de QDs laag een andere cruciale rol in het fabriceren van hoogwaardige QD-LEDs. Te vervangen door lange keten oliezuur liganden om te verkorten 1-octanethiol-liganden, de mobiliteit van de elektron van QDs film was toegenomen twee-voudige, en een hoge EQE waarde meer dan 10% werd verkregen van16. De oppervlakte ligand-uitwisseling kan ook verbetering van de morfologie van QDs film en onderdrukken de fotoluminescentie blussen onder QDs. Bijvoorbeeld, toonde QDs-LED verbeterde Apparaatprestaties met behulp van chemisch geënte QDs-halfgeleidende polymeer hybriden17. Bovendien, krachtige QDs werden voorbereid door middel van redelijke optimalisatie van de gesorteerde samenstelling en de dikte van de shell QDs, als gevolg van de verbeterde lading injectie, vervoer en recombinatie18.
In dit werk introduceerden we een gedeeltelijke autoxidized aluminium (Al) kathode ter verbetering van de prestaties van ZnCdS/ZnS ingedeeld op basis van core/shell blauwe QD-LEDs19. De verandering van de barrière van de potentiële energie van de kathode Al werd bevestigd door de ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) en X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Bovendien, de snelle opladen vervoerder dynamiek op het QDs/Al en QDs / Al: Al2O3 interface door time-resolved fotoluminescentie (TRPL) metingen werden geanalyseerd. Om de invloed van gedeeltelijk geoxideerd Al op Apparaatprestaties, QD-LEDs met verschillende kathoden verder te valideren (alleen Al, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, en Alq3/Al) werden vervaardigd. Dientengevolge, hoge prestaties puur blauw QD-LEDs werden gedemonstreerd door gebruik te maken van Al: Al2O3 kathoden, met een maximale luminantie van 13,002 cd m-2 en de huidige efficiëntie van een piek van 1,15 cd A-1. Bovendien was er geen extra organische ETL betrokken in de architectuur, die ongewenste parasitaire EL te garanderen van de zuiverheid van de kleur onder verschillende werken spanningen kan voorkomen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. patroon etsen van Indium Tin Oxide (ITO) glas
- Gesneden grote stukken van ITO glas (12 cm × 12 cm) 15 mm brede stroken. Reinig het glasoppervlak van de ITO met behulp van een stofvrije doek met alcohol.
- Neem contact op de geleidende kant van de ITO-glas met een digitale multimeter. Betrekking hebben op het actieve gebied van het ITO-glas met plakband, zodat het actieve gebied 2 mm breed in het midden is.
- Giet de zinkpoeder op het glas van de ITO (met een dikte van ongeveer 0,5 mm).
- Giet de oplossing met zoutzuur (36 wt %) op het oppervlak van het glas van de ITO en sta toe het ITO-glas naar volledig genieten in zoutzuur en etch voor 15 s.
- De zoutzuuroplossing na corrosie uitstorten, dan onmiddellijk het ITO-glas met water afspoelen. Verwijder het plakband op de ITO-glas.
2. het reinigen van de ITO-glas
- Dompel het glas van de ITO in een petrischaal met aceton oplossing voor 15 min. veeg uit de lijm op het glas van de ITO met behulp van een katoenen bal.
- Snijd het ITO-glas in vierkante stukjes (ongeveer 15 mm × 15 mm) met een glassnijder.
- Bewerk ultrasone trillingen ten het ITO-glas volgorde van wasmiddel water, leidingwater, gedeïoniseerd water, aceton, en isopropylalcohol gedurende 15 minuten.
- Föhn het ITO-glas met stikstofgas gevolgd door drogen in een oven op 150 ° C gedurende 5 minuten in de lucht sfeer.
- De schoongemaakte ITO glas brengen een ultraviolet-ozon kamer en behandelen gedurende 15 minuten.
3. de fabricage van een gat injectie laag
- Neem de poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) oplossing uit de koelkast. Roer de oplossing om PEDOT:PSS bij kamertemperatuur gedurende 20 minuten een gelijkmatig verspreide oplossing te verkrijgen.
Opmerking: De UV-ozon behandeling (sectie 2.5) en de agitatie van PEDOT:PSS oplossing moeten worden uitgevoerd gelijktijdig om te voorkomen dat UV-ozon behandeling mislukking. Kamer temperatuur van 25 ° C. - Neem ongeveer 2 mL van PEDOT:PSS oplossing met een 10 mL spuit, en installeer een 0,45 µm polyether sulfon (PES) filter op de spuit.
- Plaats het ITO-glas in het midden van de spin-coater. Giet twee druppels van de oplossing van de PEDOT:PSS op het ITO-glas.
- Spin-coat de gefilterde PEDOT:PSS oplossing op het substraat van de ITO bij 3000 t/min voor 30 s en vervolgens het ontharden van het PEDOT:PSS-ITO bekleed bij 150 ° C gedurende 15 minuten te geven een 30 nm PEDOT:PSS film.
4. de fabricage van een Hole-transportlaag
Opmerking: De transportlaag gat en de emissieve laag zijn vervaardigd in een stikstof gevulde handschoen-doos met gecontroleerde zuurstof en water concentratie lager dan 50 ppm.
- Los poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) in o-dichloorbenzeen (1 mL) met een concentratie van 25 mg mL-1. Roer bij kamertemperatuur 's nachts in de stikstof gevulde handschoen-box.
- Giet 35 µL van Poly-TPD oplossing op de PEDOT:PSS-gecoat ITO. Spin-coat de Poly-TPD oplossing bij 3000 t/min voor 30 s geven een 40 nm Poly-TPD-film, en dan gloeien bij 150 ° C gedurende 30 min.
5. de fabricage van een emissieve laag
- Los ZnCdS/ZnS quantumdots in tolueen oplossing (300 µL) met een concentratie van 14.3 mg mL-1.
- Giet 35 µL van de ZnCdS/ZnS-oplossing op de top van de Poly-TPD. Spin-jas de ZnCdS/ZnS oplossing bij 3000 t/min voor 30 s geven een 40 nm-film.
Opmerking: Bakken is niet nodig.
6. vacuüm depositie
- Na een druk van 10-4 Pa is bereikt, storten de aluminium Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) op de ondergronden met een snelheid van 0,3 Å s-1 in een thermische verdamping kamer te geven een 15 nm Alq3 film.
Opmerking: De Alq3 is gedeponeerd alleen voor de opbouw van het apparaat van ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Alq3/Al. - Een brede actieve laag van 2 mm Schraap met een schraper het ITO glas substraat bloot te stellen.
- Plaats de substraten in een metalen masker en ze vervolgens overbrengen naar een thermische verdamping kamer. Storten van de aluminium-elektrode met een snelheid van 1 Å s-1 te geven een 100 nm Al film.
7. Autoxidation Procedure
- Breng de kathode Al-bereid in een vacuüm oven en dan pomp lucht uit de oven totdat het is bijna een vacuüm.
- Open de klep van de deflatie en injecteren watervrij samengestelde lucht (O2= 20%, N2= 80%) in de vacuüm oven met een druk van 3 × 104 Pa. oxideren voor 0, 4.5, 12 en 17 h bij kamertemperatuur (in de oven).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
UV-Vis absorptie en fotoluminescentie (PL) spectra werden gebruikt voor het opnemen van de optische eigenschappen van ZnCdS/ZnS ingedeeld kern/shell-gebaseerd blauwe QDs. Transmissie Electronenmicroscopie (TEM) en scanning elektronen microscopie (SEM) beelden werden verzameld voor de morphologies van QDs (Figuur 1). X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS), elektrochemische studie en ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) werden ingezet om de structurele eigenschappen en de energieniveaus van QDs (Figuur 2) te detecteren. Time-resolved fotoluminescentie (TRPL) metingen werden gebruikt voor het detecteren van de Snelladen vervoerder dynamiek op het raakvlak tussen QDs/Al en QDs / Al: Al2O3 (Figuur 3). Ten slotte, EL voor QD-LEDs presteerde uitgevoerd (Figuur 4 Figuur 5en tabel 1).
Figuur 1a toont de absorptie van UV-vis en PL emissie spectra van de ZnCdS/ZnS ingedeeld op basis van core/shell blauwe QDs, gedispergeerd in tolueen. Het QDs oplossing bleek een absorptie edge op ~ 456 nm en een zuivere diepblauwe uitstoot piek attractiepark 451 nm met een smalle volle breedte op halve maximum (FWHM) van slechts 17,8 nm. Schets diagram van QDs in de show van de inzet dat de structuur van de gesorteerde kern/shell van QDs zijn afgetopt met korte keten 1-octanethiol als oppervlakte liganden. Met behulp van een korte keten, 1-octanethiol-molecuul ter vervanging van lange-keten organische moleculen, de afstand tussen QDs verkort, die de lading injectie-eigenschappen in de film QDs verbetert. Een representatieve transmissie elektronenmicroscoop (TEM) beeld van ZnCdS/ZnS blauwe QDs toonde een relatief uniforme grootteverdeling, en de gemiddelde diameter kan worden vastgesteld dat 14 ± 1,7 nm (Figuur 1b). Een continue chemische samenstelling verloop binnen het QDs kan worden waargenomen vanuit de afbeelding met hoge resolutie transmissie elektronenmicroscoop (HRTEM) voor een enkel ZnCdS/ZnS QD zoals aangegeven in Figuur 1 c. Figuur 1 d toont het SEM-beeld van de laag van de QDs beklede spin op het substraat van de Poly-TPD zoals gebruikt in de fabricage van het apparaat. Een uniform en volledig bedekte QDs laag kan worden afgeleid uit het SEM-beeld, waarin de goede filmvormende eigenschappen van QDs.
De oppervlakte van de chemische kenmerken van de autoxidized Al kathode werden geanalyseerd door XPS meting. Zoals blijkt uit Figuur 2a, kan het XPS-spectrum van de Al-2 p-orbitaal worden uitgerust met drie pieken. De pieken bij 72,7 74,3 en 75,5 eV correspondeert met metalen Al atomen, γ fase van Al2O3en amorfe AlOx20. Elektrochemische cyclische voltammetrie (CV) meting is verricht om de valentieband (VB) en de band (CB) energieniveaus van de geleiding van de ZnCdS/ZnS QDs21te bepalen. Zoals geïllustreerd in Figuur 2b, waren de mogelijke begin-oxidatie en het reductiepotentieel van begin bepaald-1.13 en 1.69 V, respectievelijk. Dientengevolge, werden de waarden van het VB en CB voor ZnCdS/ZnS QDs berekend als 3,58 en 6,4 eV, respectievelijk. We meten de functies van de werkzaamheden van de QDs laag en de gedeeltelijk geoxideerd Al kathode door UPS (Figuur 2 c). De functies van het werk van QDs en Al: Al2O3 waren 3,87 en 3.5 eV, respectievelijk, die werden berekend door aftrekken van de energieën aan de randen van de secundaire elektron uit de energie van de ultraviolette bron hij ik (21.22 eV). Het diagram van de energie-niveau van het apparaat wordt gegeven in figuur 2d. Figuur 2e en 2f figuur weergeven de schema's van energieniveau, uitlijning van de QDs laag met Al en Al: Al2O3 De werk functie en Fermi niveau van de kathode Al werden genomen uit het vorige verslag22,23.
We gemeten vervolgens de spectra van de TRPL van de verschillende lagen van het QDs bepalen de lading vervoerder dynamiek (Figuur 3). De TRPL krommen werden uitgerust door bi-exponentiële vervalt. Voor QDs, QDs/Al QDs / Al: Al2O3 monsters, de gemiddelde levensduur waren 8.945, 4.839 en 5.414 ns, respectievelijk. In vergelijking met de QDs/Al proeven, de QDs / Al: Al2O3 monster tentoongesteld een langere levensduur, die kan worden toegeschreven aan de verbetering van de elektron injectie en de onderdrukking van niet-radiatieve recombinatie.
Verder controleren het effect van gedeeltelijk Al kathode autoxidized op de Apparaatprestaties QD-LEDs, werden QDs emissieve lagen met verschillende kathoden gecontacteerd vervaardigd. De prestatieparameters voor QD-LEDs met verschillende kathoden zijn samengevat in tabel 1. Het apparaat met pure Al kathode toont lage helderheid van 435 cd m-2 als gevolg van de inefficiënte gratis injectie (figuur 4a). Ter verbetering van de mogelijkheid van elektronische transmissie, werd een 15 nm Alq3 laag geïntroduceerd als ETL evenwicht van de geïnjecteerde kosten. Dientengevolge, de helderheid van het QDs-LED apparaat verbeterde tot 1.300 cd m-2. Na de behandeling van de oxidatie tentoongesteld de QD-LEDs-apparaat (Al: Al2O3) een drastisch verbeterde prestaties met een maximale luminantie van 13,002 cd m-2 en een maximale huidige efficiëntie van 1,15 cd A-1. Verder inzicht in de relatie tussen Apparaatprestaties en oxidatie behandeling werd opgedaan door het invoegen van een uiterst dunne Al2O3 laags (1.5 nm) zoals beschreven in 24. Echter, het apparaat Al2O3/Al tentoongesteld een maximale luminantie van 352 cd m-2, die geen verbetering ten opzichte van het blote Al gebaseerde apparaat heeft. Het Al2O3/Al:Al2O3 apparaat tentoongesteld een bescheiden niveau van helderheid en efficiëntie (10.600 cd m-2 en-1A 1.12 cd), en een spanning van de relatief hoge turn-on (gedefinieerd als 1 cd m-2) van 4.8 V. de CE-J worden curven van de QD-LED's weergegeven in figuur 4b. De maximale efficiëntie van apparatuur met Al: Al2O3 en Al2O3/Al:Al2O3 bereikt 1,15 en 1.12 cd A-1, respectievelijk, die veel hoger was dan dat van apparaten met Al, Al 2 O3/Al, en Alq3/Al kathoden. In het algemeen een hoge toegepaste spanning zal veroorzaken de ruimtelijke scheiding van elektronen en gat golffuncties en moet drastisch verminderen de radiatieve recombinatie tarief binnen het QDs laag. De autoxidized Al: Al2O3 kathode kunt onderdrukken exciton blussen bij hoge stroomdichtheid, als gevolg van de verbeterde elektron injectie en gat blokkeren capaciteiten. Figuur 4 c toont de J-V en L-V curven voor QD-LEDs als een functie van de tijd van de autoxidation. Het geoptimaliseerde apparaat tot stand gekomen met behulp van een autoxidized van 12 h Al kathode.
Figuur 5a toont dat de genormaliseerde EL spectra van QD-LEDs op basis van verschillende kathoden. Het hoogtepunt van de EL van het Al: Al2O3 apparaat lag op 457.3 nm met een FWHM van enige 21,4 nm, die een zuiver blauw licht zonder een parasitaire EL emissie aangegeven. Contrastively, toont het spectrum van de EL gebaseerd op Alq3/Al kathode een parasitaire EL afkomstig is van Alq3. Stabiele EL emissie kan worden waargenomen vanuit Al: Al2O3 gebaseerd apparaat onder verschillende toegepaste vooroordelen (Figuur 5b). Zoals geïllustreerd in Figuur 5 c, zoekt de coördinaat van EL spectrum op de rand van het diagram van de kleurkwaliteit Commissie Internationale de L'Eclairage (CIE), als gevolg van een hoge verzadigde kleuren. Fig ure 5 d toont de operationele foto's voor QD-LEDs, die gemakkelijk kunnen worden bereid met grote oppervlakte van 1 cm2.
Figuur 1: optische eigenschappen en morphologies van ZnCdS/ZnS gequoteerd kern/shell-gebaseerd blauwe QDs. (een) absorptie en PL spectra van ZnCdS/ZnS QDs verdeeld in tolueen oplossing. (b) TEM afbeelding en (c) HRTEM afbeelding van QDs. (d) het SEM-beeld van QDs film beklede spin op het substraat van de Poly-TPD zoals gebruikt in de fabricage van het apparaat. Overgenomen met toestemming van 19. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: gebruik van X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), elektrochemische studie, en ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) te detecteren de structurele eigenschappen en de energieniveaus van QDs. (een) Al 2 p orbitale XPS spectra van autoxidized Al: Al2O3 kathode. (b) de cyclische voltammetrie (CV) curven van de ZnCdS/ZnS QDs oplossing. (c) UPS spectra van de ZnCdS/ZnS QDs film en de autoxidized Al: Al2O3 kathode voorbereid op ITO substraten. Inzet is de volledige weergave van de spectra. (d) Flat band energieniveau diagram van de QD-LED-apparaat. (e) energieniveau diagram op het QDs/Al interface en (f) het QDs / Al: Al2O3 -interface. Overgenomen met toestemming van 19. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: Time-resolved fotoluminescentie verval voor de QDs films contact met verschillende lagen. Overgenomen met toestemming van referentie19. De TRPL krommen werden uitgerust door bi-exponentiële vervalt. In vergelijking met de QDs/Al proeven, de QDs / Al: Al2O3 monster vertoont een langere levensduur, die kan worden toegeschreven aan de verbetering van de elektron injectie en onderdrukking van niet-radiatieve recombinatie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 4: EL prestaties voor QD-LEDs op basis van verschillende kathoden. (een) stroomdichtheid-luminantie-spanning (J-L-V) en (b) huidige efficiëntie-stroomdichtheid (CE-J) karakteristiek rondingen van apparaten met verschillende kathoden. (c) de J-L-V curven van apparaten met verschillende Al kathoden autoxidized tijd. Overgenomen met toestemming van19. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: EL spectra, CIE coördinaten en operationele foto's van een Al: Al2O3 gebaseerd QD-LEDs. (een) EL spectra van QD-LEDs op basis van Al, Al: Al2O3, Al2O3: Al, Al2O3/Al:Al2O3 en Alq3/Al kathoden. Inzet is de operationele foto's van QD-LEDs met actief gebied van 4 mm2. (b) EL spectra van QD-LEDs afgeleid van verschillende vooroordelen. (c) CIE coördinaten van de Al: Al2O3 gebaseerd QD-LEDs. (d) werkende foto's van QD-LEDs met actief gebied van 1 cm2. Overgenomen met toestemming van 19. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Soort monster | Piek luminantie | Huidige maximale efficiëntie | Turn-on spanning | Uitstoot piek | FWHM |
| (cd m-2) | (cd een-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 |
Tabel 1: EL parameters voor QD-LEDs op basis van verschillende kathoden. Overgenomen met toestemming van referentie19.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De architectuur van de blauwe QD-LED uit een ITO transparante anode, een PEDOT:PSS HIL bestaat (30 nm), een Poly-TPD HTL (40 nm), een ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm), en een Al: Al2O3 kathode (100 nm). Vanwege het poreuze karakter van de Al-kathode verkregen we een kathode Al geoxideerd door blootstelling aan zuurstof. Figuur 2e en 2f figuur weergeven het energieniveau uitlijning diagrammen van QDs laag met Al en Al: Al2O3 Wanneer de QDs met de Al-kathode contacteert, wordt een Schottky contactpersoon gevormd op het raakvlak van QDs/Al, die grote interne weerstand om te belemmeren van het elektron injectie van de kathode (figuur 2e) introduceert. Wanneer de QDs de Al: Al2O3 kathode contacteert, een Ohmse contact wordt gevormd op het QDs / Al: Al2O3 interface (figuur 2f), die vermindert de elektron injectie barrière en versnelt het elektron-injectie. De daling van de potentiële energie barrière op QDs/kathode interface verbeterde de efficiëntie van het elektron injectie en verminderd het energieverbruik. Verder onderzoek doen naar de exciton blussen effect op de QDs/kathode-interface, de spectra TRPL werden geanalyseerd (Figuur 3). Het QDs / Al: Al2O3 monster toonde een langer PL verval (5.414 ns) vergeleken met die van het QDs/Al monster (4.839 ns), met vermelding van de verlichting van de luminescentie blussen bij QD/kathode interface25,26. Dus, de verbeterde Apparaatprestaties kan worden toegeschreven aan de verminderde potentiële barrière en de onderdrukking van luminescentie blussen.
De Al: Al2O3 kathode kan bereid worden door eenvoudig gecontroleerde autoxidation procedures. Opgemerkt moet worden dat er geen extra ETL die betrokken zijn bij het protocol is. De Apparaatprestaties verwachting verder worden verbeterd na de autoxidized Al: Al2O3 kathode te combineren met andere ETL (bijvoorbeeldZnO)12,13,15.
Kortom, wij een nieuwe methode om zowel de helderheid en de doelmatigheid van blauwe QD-LEDs hebben ingediend met behulp van autoxidized Al kathode. Hoge kleur-verzadigd blauw QD-LEDs hebben aangetoond met de luminantie van een piek van 13,002 cd m-2 en de huidige efficiëntie van een piek van 1,15 cd A-1, die onder de beste prestaties wordt gerapporteerd in andere werken. De verbeterde Apparaatprestaties kan worden toegeschreven aan de verbeterde elektron injectie en onderdrukte luminescentie blussen. Daarom is de methode die in dit protocol een belangrijke stap naar de realisatie van hoogwaardige blauwe QD-LED apparaten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Wij hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd gesteund door de NSFC (51573042), The National sleutel Basic Research programma van China (973 project, 2015CB932201), fundamentele middelen voor onderzoek voor de centrale universiteiten, China (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).
