JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
공학

Gelişmiş elektron enjeksiyon ve Exciton hapsi için kısmen oksitlenmiş alüminyum katot tanıtımı tarafından saf mavi kuantum nokta ışık - yayan diyotlar

Published: May 31, 2018
doi:
10.3791/57260
, , , , , , , ,
1State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, 2Department of Mathematics,Quaid-I-Azam University, 3NAAM Research Group, Faculty of Science,King Abdulaziz University

Summary

Bir iletişim kuralı bir autoxidized alüminyum katot istihdam ederek yüksek performanslı, saf mavi ZnCdS/ZnS tabanlı kuantum nokta ışık – yayan diyotlar imalatı için sunulmaktadır.

Abstract

İstikrarlı ve verimli kırmızı (K), yeşil (G) ve mavi (B) ışık kaynakları çözüm işlenen kuantum noktalar (QDs) tabanlı yeni nesil görüntüler ve katı hal aydınlatma teknolojileri önemli rol oynarlar. Parlaklık ve mavi QDs tabanlı ışık – yayan diyotlar (LED’ler) verimliliğini kırmızı ve yeşil karşılıkları, ışığın farklı renkteki doğal olarak olumsuz enerji seviyeleri nedeniyle daha aşağı kalır. Bu sorunları çözmek için bir aygıt yapısı iğne delikleri ve elektronlar yayıcı QD katmanına dengelemek için tasarlanmış olmalıdır. Burada, bir basit autoxidation strateji saf mavi QD-son derece parlak ve verimli olan LED’ler, ITO yapısıyla içinde gösterilen / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 katot etkili bir şekilde enjekte ücretleri denge ve bir ek elektron taşıma katmanı (ETL) tanıtımı olmadan ışınımsal rekombinasyon geliştirmek. Sonuç olarak, yüksek renk doymuş mavi QD-LED 13.000 cd m-2üzerinde maksimum ışıklılık ve 1,15 cd A-1bir en fazla geçerli verimliliği ile elde edilir. Kolayca kontrollü autoxidation yordam açıyor yüksek performans elde etmek için yolu QD-LED mavi.

Introduction

Işık – yayan diyotlar (LED’ler) kolloidal yarı iletken kuantum nokta dayalı çözüm processability, ayarlanabilir emisyon dalga boyu, mükemmel renk saflık, esnek imalat ve düşük gibi kendi benzersiz avantajlar nedeniyle büyük ilgi çekmiştir işleme1,2,3,4maliyeti. 1994 yılında QDs tabanlı LED ilk gösteriler beri çok büyük çabalar tahsis edilmiştir mühendislik malzemeleri ve aygıt yapıları5,6,7. Tipik bir QD-LED aygıt bir delik Aktarım Katmanı (HTL), yayıcı bir katmanı ve bir elektron taşıma katmanı (ETL) oluşan bir sandviç üç katmanlı mimarisi için tasarlanmıştır. Uygun şarj aktarım katmanı ışınımsal rekombinasyon için yayıcı katmanına enjekte delikleri ve elektronlar dengelemek için kritik bir seçimdir. Şu anda, küçük moleküller vakum yatırılır ETL, örneğin, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) ve 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, dengesiz taşıyıcı enjeksiyon kez rekombinasyon bölge shift istenmeyen paraziter elektriksel (EL) emisyon yapma ve aygıt performans9bozulan ETL için neden olur.

Cihaz verimliliği ve çevre kararlılığı artırmaya yönelik çözüm işlenen ZnO nano tanecikleri vakum yatırılır küçük molekül malzemeler yerine bir elektron taşıma katmanı olarak tanıtıldı. Son derece parlak RGB QD-LED için geleneksel aygıt mimarisi, ışıklılık 31.000, 68.000 ve 4.200 cd m-2 emisyon turuncu-kırmızı, yeşil ve mavi, sırasıyla10gösterilen gösterdi. İçin bir ters aygıt mimari, yüksek performanslı RGB QD-LED ile düşük voltaj açmak başarılı bir şekilde gösterdi parlaklık ve dış kuantum verimliliği (EQE) ile 23,040 cd m-2 ve kırmızı, 218,800 cd m-2 için %7,3 ve % 5.8 için yeşil ve 2.250 cd m-2 ve % 1.7 için mavi, sırasıyla11. Enjekte ücretleri denge ve QDs yayıcı katman korumak için bir yalıtım poly(methylmethacrylate) (PMMA) ince film QDs ve ZnO ETL arasında eklenir. En iyi duruma getirilmiş derin-kırmızı QD-LED yüksek dış kuantum verimliliği kadar sergilenen %20,5 ve düşük tahrik gerilim sadece 1.7 V12.

Ayrıca, Optoelektronik en iyi duruma getirme özellikleri ve QDs nanoyapıların ayrıca aygıtı performansını artırma bir çok önemli rol oynar. Örneğin, son derece floresan mavi QDs photoluminescence kuantum ile (PLQE) kadar verim % 98’i sentezlenmiş en iyi duruma getirme saat13bombardımanı ZnS aracılığıyla. Benzer şekilde, yüksek kaliteli, mor-mavi QDs çevre %100 PLQE sentezlenmiş tam reaksiyon sıcaklık kontrol ederek. Mor-mavi QDs-LED cihazlar gösterdi olağanüstü ışıklılık ve EQE 4.200 cd m-2 ve % 3.8, sırasıyla14yukarı. Bu sentez yöntemi de mor ZnSe/ZnS çekirdek/kabuk QDs uygulanabilir, sergilenen QD-LED yüksek parlaklık (2,632 cd m-2) ve verimlilik (EQE=7.83%) özgür Cd QDs15kullanarak. Mavi kuantum nokta ile yüksek PLQE gösterdi beri yüksek ücret enjeksiyon verimliliği QDs katmanda yüksek performanslı QD-LED imalatı başka bir çok önemli rol oynar. 1-octanethiol ligandlar kısaltmak için uzun zincir oleik asit ligandlar yerine, artan iki kat QDs film elektron hareketliliğini yapıldı ve yüksek bir EQE değer üzerinden %1016elde edildi. Yüzey ligand Satım QDs film morfolojisi geliştirmek ve photoluminescence QDs arasında Şoklama bastırmak. Örneğin, QDs-LED kimyasal olarak aşılı QDs-Yarıiletken polimer melez17kullanarak geliştirilmiş aygıt performans gösterdi. Ayrıca, yüksek performanslı QDs kademeli kompozisyon makul optimizasyonu ve gelişmiş şarj enjeksiyon, taşıma ve rekombinasyon18nedeniyle QDs kabuk kalınlığı ile hazırlanmıştır.

Bu çalışmada, ZnCdS/ZnS kademeli çekirdek/kabuk tabanlı mavi QD-LED19performansını artırmak için bir kısmi autoxidized alüminyum (Al) katot tanıttı. Al katot potansiyel enerji bariyeri değişikliği ultraviyole photoelectron spektroskopisi (UPS) ve x-ışını photoelectron spektroskopisi (XPS) tarafından doğrulandı. Ayrıca, hızlı şarj taşıyıcı dynamics QDs/Al ve QDs / Al: Al2O3 arayüzü zaman karar vermek photoluminescence (TRPL) ölçümleri tarafından analiz. Daha da kısmen oksitlenmiş Al etkisi aygıtı performansını, QD-LED farklı katotlar ile karşılaştırarak doğrulamak için (yalnızca Al, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, ve ALq3/Al) fabrikasyon. Sonuç olarak, yüksek performanslı saf mavi QD-LED ile maksimum ışıklılık değeriyle 13,002 cd m-2 ve 1,15 cd A-1pik geçerli verimliliğini Al: Al2O3 katotlar istihdam ederek gösterdi. Ayrıca, orada hiçbir ek organik ETL dahil oldu farklı çalışma gerilimleri altında renk saflık güvence altına almak için istenmeyen paraziter EL önleyebilirsiniz aygıt Mimarlık.

Protocol

1. Desen Gravür indiyum kalay oksit (ITO) cam ITO cam (12 cm × 12 cm) büyük parçalar 15 mm geniş şeritler kesin. Alkol ile toz bırakmayan bir bez kullanarak ITO cam yüzeyi temizleyin. ITO cam iletken tarafına bir dijital multimetre ile bakın. Böylece aktif alan Orta 2 mm geniş yapışkan bant, ITO bardakla etkin alanı kapsamaktadır. Çinko tozu (için yaklaşık 0,5 mm kalınlığında) ITO camına dökün. ITO cam yüzeyinin hidroklorik asit solüsyonu (36 wt %) dö…

Representative Results

UV-VIS emme ve photoluminescence (PL) spectra ZnCdS/ZnS kademeli çekirdek/kabuk tabanlı mavi QDs. iletim elektron mikroskobu (TEM) optik özelliklerini kaydetmek için kullanılmıştır ve Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri için toplanan türleri morfoloji QDs (Şekil 1). Röntgen photoelectron spektroskopisi (XPS), elektrokimyasal çalışma ve ultraviyole photoelectron spektroskopisi (UPS) yapısal özelliklerini ve enerji düzeyleri QDs (<…

Discussion

Aygıt Mimarlık QD-LED oluşur bir ITO şeffaf anot, PEDOT:PSS HIL mavi (30 nm), poli-TPD HTL (40 nm), ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm) ve bir Al: Al2O3 katot (100 nm). Al katot gözenekli karakteri nedeniyle, biz oksijen açarak oksitlenmiş Al katot elde. Şekil 2e ve Şekil 2f QDs katman Al ve Al: Al2O3ile enerji seviyesi hizalama diyagramları görüntüleyin. QDs Al katotlu başvurduğunuzda, elektron enjeksiyon katot (…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser NSFC (51573042), ulusal anahtar temel araştırma programı of China (973 proje, 2015CB932201), orta üniversiteler, Çin (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47) için temel araştırma fonu tarafından desteklenmiştir.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Chen, O., Wei, H., Maurice, A., Bawendi, M., Reiss, P. Pure colors from core-shell quantum dots. MRS Bull. 38 (09), 696-702 (2013).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Dai, X., et al. Solution-processed, high-performance light-emitting diodes based on quantum dots. Nature. 515 (7525), 96-99 (2014).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Wang, A., et al. Bright, efficient, and color-stable violet ZnSe-based quantum dot light-emitting diodes. Nanoscale. 7 (7), 2951-2959 (2015).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Yang, Y., et al. High-efficiency light-emitting devices based on quantum dots with tailored nanostructures. Nat. Photonics. 9, 259-266 (2015).
  19. 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).
  20. Rotole, J. A., Sherwood, P. M. A. Gamma-Alumina (γ-Al2O3) by XPS. Surf. Sci. Spectra. 5 (1), 18-24 (1998).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Bai, Z., et al. Hydroxyl-Terminated CuInS2 Based Quantum Dots: Toward Efficient and Bright Light Emitting Diodes. Chemistry of Materials. 28, 1085-1091 (2016).
  26. 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).

Tags

Quantum-dot Light-emitting DiodesElectron InjectionExciton ConfinementPartially Oxidized Aluminum CathodeITO Glass PreparationEtchingCleaningFabrication Process

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Wang, Z., Cheng, T., Wang, F., Bai, Y., Bian, X., Zhang, B., Hayat, T., Alsaedi, A., Tan, Z. Enhanced Electron Injection and Exciton Confinement for Pure Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes by Introducing Partially Oxidized Aluminum Cathode. J. Vis. Exp. (135), e57260, doi:10.3791/57260 (2018).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image