Iniezione di elettroni avanzata e confinamento eccitone per diodi emettitori di luce pura blu Quantum-Dot introducendo parzialmente ossidato catodo in alluminio

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 costo^1,2,3,4. Poiché le prime dimostrazioni di LED basati su QD nel 1994, enormi sforzi sono stati dedicati all’ingegneria materiali e dispositivo strutture^5,6,7. 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.