Verbeterde Electron injectie en Exciton opsluiting voor zuivere blauwe Quantum-Dot-lichtdioden door de invoering van gedeeltelijk geoxideerd aluminium Cathode

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 kosten^1,2,3,4. Sinds de eerste demonstraties van QDs gebaseerde LEDs in 1994, hebben enorme inspanningen besteed aan de materialen en het apparaat structuren^5,6,7engineering. 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.