Injection électronique améliorée et le Confinement d’Exciton de Quantum-point bleu Pure Light - Emitting Diodes en introduisant partiellement oxydés Cathode en aluminium

Résumé

Un protocole est présenté pour la fabrication de haute performance, pures bleu ZnCdS/ZnS-base quantique points diodes émettrices de lumière en utilisant une cathode en aluminium d’autoxydée.

Résumé

Stable et efficace rouge (R), vert (G) et sources de lumière bleues (B) basées sur des boîtes de solution-traité quantiques (QDs) jouent un rôle important dans les écrans de nouvelle génération et des technologies d’éclairage à semi-conducteurs. La luminosité et l’efficacité du bleus axée sur les QDs diodes électroluminescentes (LEDs) restent inférieurs à leurs homologues rouges et verts, en raison de niveaux d’énergie intrinsèquement défavorables de différentes couleurs de lumière. Pour résoudre ces problèmes, une structure de l’appareil devrait viser à équilibrer les trous d’injection et les électrons dans la couche QD émissive. Dans les présentes, à travers une stratégie simple autoxydation, pures QD-LEDs bleues qui sont très claires et efficaces sont démontrés, avec une structure de ITO / Modélation / Poly-DPT/QDs/Al : Al₂O₃. La cathode autoxydée Al : Al₂O₃ peut effectivement équilibrer les charges injectées et améliorer la recombinaison radiative sans introduire une couche supplémentaire transport d’électrons (ETL). En conséquence, hautes couleur saturée QD-LEDs bleues sont réalisés avec une luminance maximale plus de 13 000 cd m^-2et une efficacité de courant maximale de 1,15 cd A^-1. Les paves de procédure autoxydation facile à contrôler la façon d’atteindre de hautes performances bleu QD-LEDs.

Introduction

Diodes électroluminescentes (LEDs) basées sur des boîtes quantiques colloïdaux semi-conducteurs ont suscité un grand intérêt en raison de leurs avantages uniques, y compris la traitabilité de la solution, longueur d’onde d’émission accordable, pureté des couleurs excellent, fabrication flexible et faible traitement coûtera^1,2,3,4. Depuis les premières démonstrations de LEDs axée sur les QDs en 1994, des efforts considérables ont été consacrées à l’ingénierie des matériaux et structures de dispositif pour^5,6,7. Un dispositif typique de QD-LED est conçu pour avoir une architecture "sandwich" de trois couches qui se compose d’une couche de transport du trou (HTL), une couche émissive et une couche de transport d’électrons (ETL). Le choix d’une couche de transport de charge adapté est essentiel pour équilibrer les trous injectés et les électrons dans la couche émissive de recombinaison radiative. Actuellement, déposé sous vide de petites molécules sont largement utilisés comme ETL, par exemple, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Qal₃) et 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)⁸. Toutefois, l’injection de porteur déséquilibrée souvent provoque le changement de région de recombinaison d’ETL, faisant des émissions indésirables parasitaires électroluminescence (EL) et la détérioration de l’appareil performance⁹.

Afin d’améliorer l’efficacité du dispositif et la stabilité de l’environnement, traités à la solution des nanoparticules de ZnO ont été introduits comme une couche de transport d’électrons au lieu des matériaux de petites molécules déposé sous vide. Très lumineux QD-LED RGB ont été démontrés pour architecture de dispositif conventionnel, montrant la luminance jusqu'à 4 200 cd m^-2 pour l’émission de rouge-orange, vert et bleu, respectivement¹⁰, 68 000 et 31 000. Pour une architecture de dispositif inversé, haute performance QD-LED RGB avec tour basse tension ont été avec succès a démontré avec éclat et efficacité quantique externe (EEQ) de cd 23 040 m^-2 et de 7,3 % pour les rouges, cd 218 800 m^-2 et de 5,8 % pour vert et cd 2 250 m^-2 et 1,7 % pour le bleu, respectivement¹¹. Afin d’équilibrer les charges injectées et préserver la couche émissive QDs, un isolant mince de poly(methylmethacrylate) (PMMA) a été inséré entre le PQ et ZnO ETL. Les LED rouge QD optimisés présentaient l’efficacité quantique externe haute jusqu'à 20,5 % et une basse tension de fonctionnement de seulement 1,7 V¹².

En outre, optimisant l’optoélectronique propriétés et nanostructures de QDs joue aussi un rôle crucial dans le renforcement de la performance de l’appareil. Par exemple, très fluorescents bleus QDs avec photoluminescence quantum yield (PLQE) jusqu'à 98 % ont été synthétisés par optimisation de la ZnS bombardements temps¹³. De même, qualité supérieure, bleu-violet QDs avec près de 100 % PLQE ont été synthétisés en contrôlant précisément la température de réaction. Le bleu-violet QDs-LED dispositifs a montré remarquable luminance et EEQ jusqu'à 4 200 cd m^-2 et 3,8 %, respectivement¹⁴. Cette méthode de synthèse est également applicable aux violet ZnSe/ZnS noyau/enveloppe QDs, les LED QD exhibé haute luminance (cd 2 632 m^-2) et l’efficacité (EQE=7.83%) à l’aide de QDs Cd-gratuit¹⁵. Étant donné que les points quantiques bleu avec PLQE élevé ont été démontrés, efficacité d’injection haute charge dans la couche de QDs joue un autre rôle essentiel dans la fabrication de haute performance QD-LEDs. En substituant le long des ligands acide oléique chaîne pour raccourcir des ligands 1-octanethiol, la mobilité des électrons de QDs film était 2 fois, et une valeur élevée de l’EEQ plus de 10 % a été obtenue de¹⁶. L’échange de ligand surface peut également améliorer la morphologie des QDs film et réprimer la photoluminescence trempe parmi QDs. Par exemple, QDs-LED a montré des performances dispositif amélioré en utilisant chimiquement greffées QDs-semi-conducteurs polymères hybrides¹⁷. En outre, QDs haute performance ont été préparés par raisonnable optimisation de la composition graduée et l’épaisseur de QDs, en raison de l’injection de charge accrue, le transport et recombinaison¹⁸.

Dans ce travail, nous avons introduit une cathode d’aluminium (Al) autoxydée partielle pour améliorer les performances de ZnCdS/ZnS classés base de cœur/coquille bleu QD-LED¹⁹. Le changement de la barrière d’énergie potentielle de la cathode Al a été confirmé par spectroscopie photoélectronique ultraviolette (UPS) et spectrométrie de photoélectrons (XPS). Par ailleurs, le jeûne charge dynamique de transporteur au PQ et QDs/Al / Al : Al₂O₃ interface ont été analysés par mesures de photoluminescence résolue dans le temps (TRPL). Afin de valider davantage l’influence d’Al partiellement oxydé sur la performance de l’appareil, QD-LEDs avec différents cathodes (Al seulement, Al : Al₂O₃, Al₂O₃/Al, Al₂O₃/Al:Al₂O₃, et ALQ₃/Al) ont été fabriqués. En conséquence, bleu pur haute performance QD-LEDs ont été démontrées en employant Al : Al₂O₃ cathodes, avec une luminance maximale du cd 13 002 m^-2 et un maximum d’efficacité actuel de 1,15 cd A^-1. En outre, il n’y avait aucun ETL organique supplémentaire impliqués dans l’architecture de l’appareil, qui peut éviter les indésirable EL parasite afin de garantir la pureté de la couleur sous différentes tensions de travail.

Protocole

1. plan eau-forte d’Indium Tin Oxide (ITO) verre

1. Couper les gros morceaux de verre ITO (12 cm x 12 cm) en 15 mm larges bandes. Nettoyer la surface de verre ITO en utilisant un chiffon à poussière avec de l’alcool.
2. Vérifier la partie conductrice du verre ITO avec un multimètre numérique. Couvrir la zone active du verre ITO avec du ruban adhésif, afin que la zone active est de 2 mm de large au milieu.
3. Verser la poudre de zinc sur la vitre de ITO (d’une épaisseur d’environ 0,5 mm).
4. Verser la solution d’acide chlorhydrique (36 % en poids) sur la surface du verre ITO et laisser le verre ITO complètement tremper dans une solution d’acide chlorhydrique, puis Mordancer pendant 15 s.
5. Versez la solution d’acide chlorhydrique après la corrosion, puis rincer le verre ITO avec de l’eau. Enlever le ruban adhésif sur la vitre de l’ITO.

2. nettoyage de la vitre de ITO

1. Plongez le verre ITO dans une boîte de Pétri contenant la solution d’acétone pendant 15 min. essuyer au large de la colle sur la vitre de ITO à l’aide d’un tampon d’ouate.
2. Couper le verre ITO en morceaux carrés (environ 15 mm × 15 mm) avec un coupe-verre.
3. Laisser agir le verre ITO séquentiellement dans eau détergent, l’eau du robinet, eau désionisée, acétone et l’alcool isopropylique pendant 15 min.
4. Séchez le verre ITO à l’azote suivie par séchage dans un four à 150 ° C pendant 5 min dans l’atmosphère.
5. Mettez le verre de ITO nettoyé dans une chambre de l’ultraviolet-ozone et traiter pendant 15 min.

3. fabrication d’une couche d’Injection trou

1. Prendre la solution de poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (Modélation) du réfrigérateur. Agiter la solution Modélation à température ambiante pendant 20 min obtenir une solution uniformément dispersée.
   Remarque : Le traitement UV-Ozone (Section 2.5) et l’agitation de la solution Modélation devraient être effectuées simultanément pour éviter l’échec du traitement UV-Ozone. La température ambiante est maintenue à 25 ° C.
2. Prendre environ 2 mL de solution Modélation avec une seringue de 10 mL et d’installer un filtre de 0,45 µm sulfone (PES) : polyéther sur la seringue.
3. Placer le verre ITO au centre de la rotation-coater. Verser deux gouttes de la solution Modélation sur le verre de l’ITO.
4. Spin-manteau la solution filtrée Modélation sur le substrat ITO à 3 000 tr/min pendant 30 s et puis recuire la Modélation-enduit ITO à 150 ° C pendant 15 min donner un film de Modélation 30 nm.

4. fabrication d’une couche de Transport du trou

Remarque : La couche de transport du trou et la couche émissive sont fabriqués en une injection d’azote-boîte à gants avec la concentration de l’oxygène et l’eau contrôlée inférieure à 50 ppm.

1. Dissoudre poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-DPT) dans o-dichlorobenzène (1 mL) avec une concentration de 25 mg mL^-1. Remuer à température ambiante pendant la nuit dans les boîtes à gants rempli d’azote.
2. Verser 35 µL de solution de Poly-DPT sur la Modélation-enduit ITO. Solution de spin-manteau la Poly-DPT à 3 000 tr/min pendant 30 s pour donner un film nm Poly-DPT 40 et puis recuire à 150 ° C pendant 30 min.

5. fabrication d’une couche émissive

1. Dissoudre les points quantiques ZnCdS/ZnS dans une solution de toluène (300 µL) avec une concentration de 14,3 mg mL^-1.
2. Verser 35 µL de la solution ZnCdS/ZnS sur le dessus de la Poly-DPT. Spin-manteau la solution ZnCdS/ZnS à 3 000 tr/min pendant 30 s pour donner un film nm 40.
   Remarque : Cuisson n’est pas nécessaire.

6. vide dépôts

1. Après qu’une pression de 10^-4 Pa est atteint, déposer l’aluminium Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Qal₃) sur les substrats avec un taux de 0,3 Å s^-1 à une évaporation thermique chambre pour donner un film nm Alq₃ 15.
   Remarque : L' Alq₃ est déposé uniquement pour la structure de l’appareil d’ITO / Modélation / Poly-DPT/QDs/Alq₃/Al.
2. Gratter une couche large active de 2 mm avec un grattoir pour exposer le substrat de verre ITO.
3. Placer les substrats dans un masque en métal et de les transférer dans une chambre d’évaporation thermique. Déposer l’électrode en aluminium avec un taux de 1 Å s^-1 pour donner un 100 nm Al film.

7. procédure d’autoxydation

1. Transférer la cathode Al-établi dans une étuve à vide et puis pomper de l’air du four jusqu'à ce qu’il est presque vide.
2. Ouvrez la soupape de purge et injecter l’air composé anhydre (O₂= 20 %, N₂= 80 %) dans l’étuve à vide avec une pression de 3 × 10⁴ PA. oxyder pour 0, 4.5, 12 et 17 h à température ambiante (au four).

Résultats

D’absorption UV-Vis et spectres de photoluminescence (PL) ont été utilisés pour enregistrer les propriétés optiques des ZnCdS/ZnS classés base de cœur/coquille bleu QDs. microscopie électronique à Transmission (TEM) et la numérisation des images de microscopie électronique (SEM) ont été recueillis pour la morphologies des QDs (Figure 1). X-ray spectroscopie de photoélectrons (XPS), étude électrochimique et spectroscopie photoélectronique ul...

Discussion

L’architecture du dispositif du bleu QD-LED est constitué d’une anode transparente ITO, un HIL Modélation (30 nm), un Poly-DPT HTL (40 nm), une ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm) et un Al : Al₂O₃ cathode (100 nm). Grâce au caractère poreux de la cathode de Al, nous avons obtenu une cathode Al oxydé par l’exposant à l’oxygène. Figure 2e et 2f Figure affichent les diagrammes d’alignement Θnergies de QDs couche avec Al et Al : Al

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
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