Injeção eletrônica avançada e confinamento Exciton para ponto quântico puro azul diodos emissores de luz introduzindo parcialmente oxidado alumínio cátodo

Diodos emissores de luz (LEDs) baseados em pontos quânticos de semicondutores coloidal têm atraído grande interesse devido a suas vantagens únicas, incluindo a capacidade de processamento de solução, comprimento de onda de emissão ajustável, pureza de cor excelente, fabricação flexível e baixa processamento custa^1,2,3,4. Desde as primeiras demonstrações de diodos emissores de luz baseados em QDs em 1994, esforços tremendos têm se dedicado à engenharia de materiais e estruturas de dispositivo^5,6,7. Um dispositivo típico do QD-LED é projetado para ter uma arquitetura de três camadas do sanduíche que consiste de uma camada de transporte do buraco (HTL), uma camada de emissivo e uma camada de transporte de elétrons (ETL). A escolha de uma camada de transporte de carga apropriado é fundamental para equilibrar o injetado buracos e elétrons na camada emissivo de recombinação radiativa. Atualmente, vácuo-depositadas pequenas moléculas são amplamente utilizadas como ETL, por exemplo, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq₃) e 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)⁸. No entanto, a injeção de portador desequilibrada, muitas vezes faz com que a mudança de região de recombinação ETL, fazendo emissões indesejáveis parasitas Eletroluminescência (EL) e o desempenho de dispositivo⁹a deteriorar-se.

Para melhorar a eficiência do dispositivo e a estabilidade ambiental, nanopartículas de ZnO solução-processados foram introduzidas como uma camada de transporte de elétrons em vez dos materiais de pequeno-molécula de vácuo-depositado. QD-LEDs RGB altamente brilhantes foram demonstrados para arquitetura do dispositivo convencional, mostrando a luminância até 31.000, 68.000 e 4.200 cd m^-2 para emissão do vermelho-alaranjado, verde e azul, respectivamente,¹⁰. Por uma arquitetura de dispositivo invertido, QD-LEDs RGB de alto desempenho com baixo turn na tensão foram demonstradas com sucesso com brilho e eficiência quântica externa (EQE) de 23.040 cd m^-2 e 7,3% para vermelho, 218.800 cd m^-2 e 5,8% para verde e 2.250 cd m^-2 e 1,7% para o azul, respectivamente,¹¹. Para equilibrar as cargas injetadas e preservar a camada emissivo QDs, uma película isolante poli (PMMA) foi inserida entre os QDs e ZnO ETL. Os vermelho escuro otimizados QD-LEDs exibiram eficiência quântica externa alta até 20,5% e uma tensão de excitação baixa de apenas 1,7 V¹².

Além disso, otimizando o optoelectronic Propriedades e nanoestruturas de QDs também desempenha um papel crucial no aumento do desempenho do dispositivo. Por exemplo, altamente fluorescentes azuis QDs com fotoluminescência quântica rendem (PLQE) até 98% foram sintetizados através de otimizando o ZnS bombardeio tempo¹³. Da mesma forma, alta qualidade, azul-violeta QDs com quase 100%, PLQE foram sintetizados por controlando precisamente a temperatura de reação. O violeta-azul QDs-LED dispositivos mostrou notável luminância e EQE acima de 4.200 cd m^-2 e 3,8%, respectivamente¹⁴. Esse método de síntese é também aplicável a violeta ZnSe/ZnS núcleo/shell QDs, QD-LEDs exibiram alta luminância (2.632 cd m^-2) e eficiência (EQE=7.83%) usando Cd-livre QDs¹⁵. Desde pontos quânticos azul com alta PLQE tenham sido demonstrados, eficiência de injeção de alta carga na camada QDs desempenha outro papel crucial na fabricação QD-LEDs de alto desempenho. Substituindo o tempo ligantes de ácido oleico cadeia para encurtar ligantes 1-octanethiol, a mobilidade de elétron de QDs filme era duas vezes maior, e um alto valor EQE mais de 10% foi obtido¹⁶. A troca de superfície ligante pode também melhorar a morfologia do filme QDs e suprimir a fotoluminescência extinguer entre QDs. Por exemplo, QDs-LED mostrou desempenho melhorado dispositivo usando quimicamente enxertados QDs-semicondutor de híbridos de polímero¹⁷. Além disso, QDs de alta performance foram preparados através de razoável otimização da composição gradual e espessura da casca QDs, devido a injeção de maior carga, transporte e recombinação¹⁸.

Neste trabalho, apresentamos um cátodo de alumínio (Al) autoxidized parcial para melhorar o desempenho de ZnCdS/ZnS classificados baseada em núcleo/casca azul QD-LEDs¹⁹. A alteração da barreira de energia potencial do cátodo Al foi confirmada por espectroscopia de fotoelétron ultravioleta (UPS) e espectroscopia de fotoelétron de raios x (XPS). Além disso, o jejum carga dinâmica transportadora no QDs/Al e QDs / Al: Al₂O₃ interface foram analisados através de medições de tempo-resolvido fotoluminescência (Batistąalbo). Para validar ainda mais a influência do Al parcialmente oxidado no desempenho do dispositivo, QD-LEDs com cátodos diferentes (apenas Al, Al: Al₂O₃, Al₂O₃/Al, Al₂O₃/Al:Al₂O₃, e ALQ₃/Al) foram fabricados. Como resultado, azul puro de alto desempenho QD-LEDs foram demonstrados empregando Al: Al₂O₃ catodos, com uma luminosidade máxima de 13.002 cd m^-2 e uma eficiência de corrente de pico de 1,15 cd A^-1. Além disso, não havia nenhum ETL orgânica adicional envolvido na arquitetura do dispositivo, que pode evitar EL parasita indesejado para garantir a pureza da cor sob diferentes tensões de trabalho.