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  • Resumen
  • Resumen
  • Introducción
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discusión
  • Divulgaciones
  • Agradecimientos
  • Materiales
  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

Se presenta un protocolo para la fabricación de alto rendimiento, puros azul basada en ZnCdS/ZnS quantum puntos diodos emisores de luz utilizando un cátodo de aluminio autoxidized.

Resumen

Estable y eficiente rojo (R), verde (G) y azul (B) luz fuentes basadas en puntos de solución procesada cuánticos (QDs) desempeñan importantes funciones en pantallas de última generación y tecnologías de iluminación de estado sólido. El brillo y la eficiencia de azul QDs basado en diodos emisores de luz (LEDs) siguen siendo inferiores a sus contrapartes de rojos y verdes, debido a los niveles de energía intrínsecamente desfavorables de diversos colores de la luz. Para resolver estos problemas, debe diseñarse una estructura dispositivo para equilibrar la inyección agujeros y electrones en la capa emisiva de QD. En el presente, a través de una estrategia simple de la autoxidación, puro azul QD LED brillante y eficiente se demuestra, con una estructura de ITO / PSS / TPD/Poly-QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 cátodo puede equilibrar las cargas inyectadas con eficacia y mejorar la recombinación radiativa sin la introducción de una capa adicional de transporte de electrones (ETL). Como resultado, saturado de color azul QD-LEDs de alta se consiguen con una luminancia máxima sobre 13.000 cd m-2y una máxima eficiencia actual de 1,15 cd A-1. La pavimenta de procedimiento de autoxidación controlado fácilmente el camino para lograr alto rendimiento azul QD-LEDs.

Introducción

Diodos emisores de luz (LED) basados en puntos cuánticos de semiconductor coloidal han despertado gran interés debido a sus ventajas únicas, incluyendo procesamiento de solución, longitud de onda de emisión ajustables, pureza de color excelente, fabricación flexible y baja proceso costo1,2,3,4. Desde las primeras manifestaciones de la LED de QDs en 1994, se han dedicado enormes esfuerzos a la ingeniería de los materiales y estructuras de dispositivo5,6,7. Un dispositivo típico de QD-LED está diseñado con una arquitectura de tres capas de sandwich que consiste en una capa de transporte del agujero (HTL), una capa emisiva y una capa de transporte de electrones (ETL). La elección de una capa de transporte de carga adecuado es fundamental para equilibrar los agujeros inyectados y electrones en la capa emisiva de recombinación radiativa. En la actualidad, depositado por vacío pequeñas moléculas son ampliamente utilizadas como ETL, por ejemplo, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) y 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Sin embargo, la inyección de portador desequilibrado a menudo causa el cambio de la región de recombinación a ETL, haciendo emisiones indeseables parásitos electroluminescence (EL) y deteriora el rendimiento de dispositivo9.

Para mejorar la eficiencia de dispositivo y estabilidad ambiental, nanopartículas de ZnO solución procesada fueron introducidas como una capa de transporte de electrones en lugar de los materiales depositados por vacío de moléculas pequeñas. QD-LEDs RGB muy luminosos fueron demostrados para la arquitectura del dispositivo convencional, que muestra la luminancia hasta 31.000, 68.000 y 4.200 cd m-2 para la emisión de color rojo anaranjado, verde y azul, respectivamente10. Para una arquitectura de dispositivo invertido, alto rendimiento QD-LEDs RGB con vuelta baja tensión fueron demostrados con éxito con brillo y eficiencia cuántica externa (EQE) de 23.040 cd m-2 y 7.3% para rojo, 218.800 cd m-2 y 5,8% para verde y 2.250 cd m-2 y 1.7% para el azul, respectivamente11. Para equilibrar las cargas inyectadas y preservar la capa emisiva de QDs, una película delgada de aislante poly(methylmethacrylate) (PMMA) fue insertada entre el QDs y ZnO ETL. El LED rojo QD optimizados exhiben eficiencias cuánticas externas alta hasta 20,5% y un voltaje de activación bajo de sólo 1,7 V12.

Además, optimizar la optoelectrónica propiedades y nanoestructuras de QDs también desempeña un papel crucial en impulsar el rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, altamente fluorescentes azul QDs con quantum photoluminescence rendimiento (PLQE) hasta un 98% fueron sintetizadas a través de la optimización del ZnS bombardeo tiempo13. Del mismo modo, azul violeta de alta calidad, QDs con cerca 100% PLQE fueron sintetizados por controlar precisamente la temperatura de reacción. Los QDs-LED dispositivos mostraron notable luminosidad azul violeta y EQE hasta 4.200 cd m-2 y 3.8%, respectivamente14. Este método de síntesis es también aplicable a violeta base de ZnSe/ZnS/shell QDs, QD-LED exhibe alta luminancia (cd 2.632 m-2) y eficiencia (EQE=7.83%) mediante el uso de QDs gratis Cd15. Desde puntos de quantum azul con PLQE alta han demostrado, eficiencia de inyección de alta carga en la capa de QDs juega otro papel fundamental en la fabricación de QD-LEDs de alto rendimiento. Sustituyendo largo ligandos de ácido oleico de cadena para acortar los ligandos 1-octanethiol, la movilidad de electrón de QDs película fue dos veces mayor, y se obtuvo un valor alto de EQE superior al 10%16. El intercambio de ligando superficial también puede mejorar la morfología de la película de QDs y suprimir el amortiguamiento de photoluminescence entre QDs. Por ejemplo, QDs-LED mostró rendimiento mejorado mediante el uso de polímero semiconductor QDs químicamente injertados híbridos17. Además, se prepararon QDs de alto rendimiento a través de la optimización razonable de la composición gradual y el grosor de la cáscara de QDs, debido a la inyección de mayor carga, transporte y recombinación18.

En este trabajo, presentamos un cátodo de aluminio (Al) autoxidized parcial para mejorar el rendimiento de ZnCdS/ZnS calificado basado en el núcleo/shell azul QD-LED19. El cambio de la barrera de energía potencial del cátodo Al fue confirmado por espectroscopia ULTRAVIOLETA del fotoelectrón (UPS) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos x (XPS). Además, la rápida carga dinámica del portador en el QDs/Al y QDs / interfaz de Al: Al2O3 se analizaron medidas de fotoluminiscencia de tiempo resuelto (triples). Con el fin de validar aún más la influencia de Al parcialmente oxidada en rendimiento, QD-LED con diferentes cátodos (Al solo, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, y ALQ3/Al) fueron fabricados. Como resultado, azul puro de alto rendimiento QD-LEDs fueron demostrados mediante el empleo de cátodos de Al: Al2O3 , con una luminosidad máxima de 13.002 cd m-2 y una eficiencia corriente de pico de 1,15 cd A-1. Además, no participó ningún adicional ETL orgánico en la arquitectura del dispositivo, que puede evitar EL parásito no deseado para garantizar la pureza del color bajo diferentes tensiones de trabajo.

Protocolo

1. patrón de grabado de vidrio de óxido de estaño (ITO) de indio

  1. Cortar trozos de vidrio de ITO (12 cm x 12 cm) mm 15 tiras de ancho. Limpie la superficie de vidrio de ITO con un paño libre de polvo con alcohol.
  2. Compruebe el lado conductor del vidrio de ITO con un multímetro digital. Cubrir el área activa del vidrio de ITO con cinta adhesiva, para que el área activa es de 2 mm de ancho en el centro.
  3. Vierta el polvo de cinc en el vidrio de ITO (con un grosor de unos 0,5 mm).
  4. Vierta la solución de ácido clorhídrico (36% en peso) sobre la superficie del vidrio de ITO y deje que el vidrio de ITO totalmente remojo en solución de ácido clorhídrico, luego grabar durante 15 s.
  5. Vierta la solución de ácido clorhídrico después de corrosión, luego enjuagar el vidrio de ITO con agua inmediatamente. Quitar la cinta adhesiva sobre el vidrio de ITO.

2. limpiar el vidrio de ITO

  1. Sumergir el vidrio de ITO en una placa Petri que contenga solución de acetona durante 15 minutos limpie apagado el pegamento en el vidrio de ITO con una bola de algodón.
  2. Cortar el vidrio de ITO en piezas cuadradas (aproximadamente 15 x 15 mm) con un cortador de vidrio.
  3. Someter a ultrasonidos el vidrio de ITO secuencialmente en agua detergente, agua corriente, agua desionizada, acetona y alcohol isopropílico durante 15 minutos.
  4. Lavar el vidrio de ITO con gas nitrógeno seguido de secado en un horno a 150 ° C por 5 min en atmósfera de aire.
  5. Poner el limpiado vidrio de ITO en una cámara de ozono ULTRAVIOLETA y tratar durante 15 minutos.

3. fabricación de una capa de inyección de agujero

  1. Sacar la solución de poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PSS) de la nevera. Agitar la solución PSS a temperatura ambiente durante 20 minutos obtener una solución uniformemente dispersa.
    Nota: El tratamiento con UV-ozono (sección 2.5) y la agitación de solución PSS deben llevarse a cabo simultáneamente para evitar el fracaso del tratamiento de UV-ozono. Temperatura ambiente se mantiene a 25 ° C.
  2. Tomar aproximadamente 2 mL de solución de PSS con una jeringa de 10 mL e instale un 0.45 μm poliéter sulfona (PES) filtro en la jeringa.
  3. Colocar el vidrio de ITO en el centro de la máquina de pintar del spin. Vierta dos gotas de la solución de la PSS en el vidrio de ITO.
  4. Spin-capa de la solución filtrada PSS en el substrato de ITO a 3.000 rpm durante 30 s y luego Recueza la PSS-recubierto ITO a 150 ° C durante 15 minutos dar una película de PSS 30 nm.

4. fabricación de una capa de transporte del agujero

Nota: La capa de transporte del agujero y la capa de emisiva se fabrican en una relleno de nitrógeno-guantera con concentración controlada de oxígeno y el agua por debajo de 50 ppm.

  1. Poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (poli-TPD) en o-diclorobenceno (1 mL) se disuelven con una concentración de 25 mg mL-1. Agitar a temperatura ambiente durante la noche en la guantera llena de nitrógeno.
  2. Verter 35 μl de solución de poli-TPD en el PSS-recubiertos de ITO. Solución de vuelta-capa del Poly-TPD a 3.000 rpm durante 30 s para dar una película de 40 nm Poly-TPD y luego cocer a 150 ° C durante 30 minutos.

5. fabricación de una capa emisiva

  1. Disolver ZnCdS/ZnS puntos cuánticos en la solución de tolueno (300 μL) con una concentración de 14,3 mg mL-1.
  2. Verter 35 μl de la solución de ZnCdS/ZnS en la parte superior de la polivinílico-TPD. Spin-capa la solución ZnCdS/ZnS a 3.000 rpm durante 30 s para dar una película de 40 nm.
    Nota: No es necesario hornear.

6. vacío deposición

  1. Después de alcanza una presión de 10-4 Pa, depósito de aluminio Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) en los sustratos con una tasa de 0,3 Å s-1 en una evaporación térmica la cámara para dar una película nm Alq3 15.
    Nota: El Alq3 se deposita sólo para la estructura del dispositivo de ITO / PSS / Poly-TPD/QDs/Alq3/Al.
  2. Raspar una capa de 2 mm ancho activo con un raspador para exponer el sustrato de vidrio de ITO.
  3. Colocar el sustrato en una máscara de metal y transferirlas a una cámara de evaporación térmica. Depositar el electrodo de aluminio con una tasa de 1 Å s-1 a 100 nm Al cine.

7. autoxidación procedimiento

  1. Transferencia como preparado Al cátodo en un horno de vacío y bombear aire en el horno hasta que esté casi vacío.
  2. Abra la válvula de la deflación e inyecte aire compuesto anhidro (O2= 20%, N2= 80%) en la estufa de vacío con una presión de 3 × 104 PA se oxida de 0, 4.5, 12 y 17 h a temperatura ambiente (en el horno).

Resultados

UV-Vis absorción y espectros de fotoluminiscencia (PL) se utilizaron para registrar las propiedades ópticas de ZnCdS/ZnS calificado basado en el núcleo/shell azul QDs. transmisión la microscopia electrónica (TEM) y escaneado imágenes de microscopia electrónica (SEM) fueron recogidos por el morfologías de QDs (figura 1). Rayos x, espectroscopia del fotoelectrón (XPS), estudio electroquímico y Espectroscopia ultravioleta del fotoelectrón (UPS) fueron...

Discusión

La arquitectura del dispositivo del azul QD-LED consiste en un ánodo transparente ITO, un HIL PSS (30 nm), un poli-TPD HTL (40 nm), un ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm) y un cátodo de Al: Al2O3 (100 nm). Debido al carácter poroso de Al cátodo, obtuvimos un cátodo Al oxidado por exposición al oxígeno. Figura 2e y 2f de la figura muestran los diagramas de alineación de nivel de energía de QDs capa con Al y Al: Al2O3. Cu...

Divulgaciones

No tenemos nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por la NSFC (51573042), el nacional clave básica de investigación programa de China (proyecto 973, 2015CB932201), fondos de Investigación Fundamental para las universidades Central, China (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47).

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Indium Tin Oxide (ITO)-coated glass
substrate		CSG Holding Co., Ltd.Resistivity≈10 Ω/sq
Zinc powderSigma-Aldrich96454Molecular Weight 65.38
Isopropyl alcoholBeijing Chemical Reagent67-63-0Analytically pure
TolueneInnochemI01367Analytically pure
AcetoneInnochemI01366Analytically pure
Hydrochloric acidacros1242100251 N standard solution
O-dichlorobenzeneacros39696100098+%, Extra Dry
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)H. C.StarkClevious P VP Al 4083
Poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD)Luminescence TechnologyLT-N149
Aluminum tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3)Luminescence TechnologyLT-E401
UV-O cleanerJelight Company92618
FilterJintengJTSF0303/0304Polyether sulfone (0.45 μm)
Ultrasonic cleanerHECHUANG ULTRASONICKH-500DE
Digital multimeterUNI-TUT39A
Spin coaterIMECASKW-4A
Digital hotplateStuartSD160

Referencias

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