JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פרוטוקול זה הציג בדיית ביצועים גבוהים, טהור כחול מבוססת על ZnCdS/ZnS קוונטית נקודות דיודות פולטות אור על ידי העסקת קטודית אלומיניום של autoxidized.

Abstract

יציב ויעיל אדום (R), ירוק (G), כחול (B) מקורות אור המבוסס על נקודות קוונטיות פתרון-מעובד (QDs) תפקיד חשוב הדור הבא מציג ובטכנולוגיות solid-state תאורה. הבהירות ואת היעילות של כחול מבוססי QDs דיודות פולטות אור (נוריות) נשארים נחות המקבילים אדום וירוק, עקב רמות אנרגיה שלילי מיסודו של צבעים שונים של אור. כדי לפתור בעיות אלה, מבנה התקן צריך להיות מתוכנן כדי לאזן את הזרקת חורים ואלקטרונים לשכבה QD emissive. במסמך זה, באמצעות אסטרטגיה autoxidation פשוטה, טהורה כחול QD-נוריות אשר הינם מוארים מאוד יעיל מודגמות, עם מבנה של איטו / PEDOT:PSS / פוליפוני-TPD/QDs/Al: אל2O3. Autoxidized Al: Al2O3 הקתודה יכול ביעילות לאזן את ההאשמות מוזרק ולשפר רקומבינציה קרינה ללא היכרות עם שכבת התעבורה אלקטרון נוסף (ETL). כתוצאה מכך, גבוהה רווי צבע כחול QD-נוריות מושגות עם זוהר מרבי של מעל 13,000 תקליטור מ-2, בנצילות מקסימאלית הנוכחי של 1.15 תקליטור א-1. Autoxidation לשליטה הליך סוללת את הדרך להשגת ביצועים גבוהים כחולים QD-נוריות.

Introduction

דיודות פולטות אור (נוריות) המבוסס על נקודות קוונטיות מוליכים למחצה colloidal משכו עניין רב בשל יתרונות ייחודיים, כולל פתרון processability, פליטה tunable גל, טוהר צבע מעולה, גמישות ייצור נמוכה עיבוד עולה1,2,3,4. מאז ההפגנות הראשונות של נוריות מבוססי QDs בשנת 1994, מאמצים אדירים יש הוקדש הנדסת חומרים של המכשיר מבנים5,6,7. מכשיר QD-LED טיפוסי נועד יש ארכיטקטורת שכבות 3 כריך המורכב של שכבת התעבורה חור (שהותכם), שכבת emissive בשכבת התעבורה אלקטרון (ETL). הבחירה של שכבת תעבורה תשלום מתאים הוא קריטי כדי לאזן את החורים מוזרק ואלקטרונים אל שכבת emissive עבור קרינה רקומבינציה. כיום, שהופקדו ואקום מולקולות קטנות נמצאים בשימוש נרחב כמו ETL, למשל, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (גג גגג3) ו- 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (טז)8. עם זאת, הזריקה המוביל מאוזנות לעיתים קרובות גורם משמרת אזור רקומבינציה ETL, שהופך electroluminescence טפיליות לא רצויים (EL) פליטת והתפוררות ביצועי המכשיר9.

כדי לשפר את יעילות ההתקן ואת יציבות סביבתית, פתרון-מעובד חלקיקים ZnO הוכנסו כשכבת אלקטרון התחבורה במקום החומרים מולקולה קטנה שהופקדו ואקום. QD RGB מאוד בהיר-נוריות היו הפגינו עבור ארכיטקטורת ההתקן קונבנציונאלי, מראה בוהק עד 31,000, 68,000 cd כ- 4,200 מ-2 עבור פליטה של כתום-אדום, ירוק וכחול, בהתאמה10. עבור ארכיטקטורת ההתקן הפוכה, RGB QD-נוריות ביצועים גבוהים עם הפעל את מתח נמוך היו הפגינו בהצלחה עם בהירות, יעילות קוונטית חיצוניים (EQE) של 23,040 תקליטור מ-2 , 7.3% עבור תקליטור 218,800 אדום, ז-2 ו- 5.8% עבור גרין, ו 2,250 cd ז-2 -1.7% כחול, בהתאמה11. כדי לאזן את ההאשמות מוזרק ולשמר את השכבה emissive QDs, סרט דק בידוד poly(methylmethacrylate) (PMMA) הוכנס בין QDs ZnO ETL. באדום עמוק ממוטבת QD-הנוריות הציג היעילות הקוונטית חיצוני גבוה עד 20.5% ומתח נמוך מדליק של V רק 1.712.

חוץ מזה, אופטימיזציה של מעגל את המאפיינים ואת nanostructures של QDs גם ממלא תפקיד מכריע להגביר את ביצועי המכשיר. למשל, מאוד פלורסנט QDs כחולים עם פוטולומיניסנציה קוונטית תשואה (PLQE) עד 98% היו מסונתז דרך מיטוב של ZnS הפגזות הזמן13. באופן דומה, באיכות גבוהה, סגול-כחול QDs עם ליד 100% PLQE היו מסונתז על ידי בדיוק שליטה על טמפרטורת התגובה. סגול-כחול זוהר מדהים התקנים הראה QDs-LED ים -EQE עד ל cd כ- 4,200 מ-2 ו- 3.8%, בהתאמה14. שיטה סינתזה זו ישימה גם על ZnSe/ZnS סגול ליבה/מעטפת QDs, QD-הנוריות הציג בוהק גבוה (2,632 cd ז-2) ויעילות (EQE=7.83%) על-ידי שימוש QDs ללא תקליטור15. מאז נקודות קוונטיות כחולים עם PLQE גבוהה הוכחו, תשלום גבוה יעילות הזרקת לשכבת QDs ממלאת תפקיד מכריע נוסף בבדיית QD-נוריות ביצועים גבוהים. על ידי החלפת זמן שרשרת חומצה אולאית ליגנדים לקצר ליגנדים 1-octanethiol, ניידות אלקטרונים של הסרט QDs הייתה כפולה מוגברת, ערך EQE גבוה מעל 10% הושג16. החלפת ליגנד משטח יכול גם לשפר את המורפולוגיה של הסרט QDs, לדכא את שכבתה פוטולומיניסנציה בין QDs. למשל, QDs-LED הראה המכשיר שיפור ביצועים על-ידי שימוש כימי המושתל מוליכים למחצה QDs פולימר כלאיים17. חוץ מזה, ביצועים גבוהים QDs הוכנו דרך סבירה אופטימיזציה של ההרכב מדורגת ועובי של מעטפת QDs, עקב הזרקת תשלום משופרת, תחבורה, רקומבינציה18.

בעבודה זאת, הצגנו קטודית אלומיניום (Al) autoxidized חלקית כדי לשפר את הביצועים של ZnCdS/ZnS מדורגים מבוססת על ליבה/מעטפת כחולה QD-נוריות19. השינוי של המכשול אנרגיה פוטנציאלית של הקתודה Al אושר ע י photoelectron סגול ספקטרוסקופיה (UPS) ו photoelectron הספקטרומטריה (XPS). יתר על כן, המהיר לחייב נושא הדינמיקה QDs/Al ו QDs / Al: Al2O3 ממשק נותחו על ידי מדידות זמן לפתור פוטולומיניסנציה (TRPL). על מנת לתת תוקף נוסף השפעת Al מחומצן חלקית על ביצועי התקן, QD-נוריות עם cathodes שונים (רק אל, Al: אל2O3, אל2O3/Al, אל2O3/Al:Al2O3, ו- גג גגג3/Al) היו מפוברק. כתוצאה, ביצועים גבוהים כחול טהור QD-נוריות היו הוכח על-ידי העסקת Al: Al2O3 cathodes, של זוהר מרבי של 13,002 cd ז-2 וביעילות השיא הנוכחי של 1.15 תקליטור א-1. יתר על כן, היה ETL אורגניים נוספים לא מעורב בארכיטקטורת המכשיר, אשר יכול למנוע EL טפיליות לא רצויים כדי להבטיח את טוהר צבע תחת מתחים עבודה שונים.

Protocol

1. תבנית תחריט של אינדיום תחמוצת בדיל (ITO) זכוכית

  1. חותכים חתיכות גדולות של איטו זכוכית (12 ס"מ × 12 ס מ) 15 מ מ נרחב רצועות. לנקות את השטח זכוכית ITO באמצעות מטלית אבק ללא אלכוהול.
  2. בדוק את הצד ואטימה של הזכוכית איטו עם מולטימטר. לכסות את האזור הפעיל של הזכוכית איטו עם דבק, כך האזור הפעיל הוא 2 מ מ רחב באמצע.
  3. יוצקים את אבקת אבץ על הזכוכית איטו (ועד לעובי של-0.5 מ מ).
  4. יוצקים את הפתרון חומצה הידרוכלורית (36 wt %) על גבי המשטח של הזכוכית איטו ולאפשר הזכוכית איטו לחלוטין משרים תמיסת חומצה הידרוכלורית, ואז לחרוט על 15 s.
  5. שופכים את הפתרון חומצה הידרוכלורית לאחר קורוזיה, ולאחר מכן לשטוף את הזכוכית איטו מים מיד. הסר את סרט דביק על זכוכית ITO.

2. ניקוי הזכוכית איטו

  1. לטבול את זכוכית ITO צלחת פטרי המכילות אצטון פתרון עבור 15 דקות לנגב את הדבק על הזכוכית איטו באמצעות כדור צמר גפן.
  2. לחתוך את הזכוכית איטו לחתיכות מרובע (כ 15 מ"מ × 15 מ"מ) כלי לחיתוך זכוכית.
  3. Sonicate הזכוכית איטו ברצף של דטרגנט, מי ברז, מים יונים, אצטון ומים איזופרופנול למשך 15 דקות.
  4. מייבשת את הזכוכית איטו עם גז חנקן ואחריו ייבוש בתנור על 150 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות באווירה אוויר.
  5. מכניסים את הזכוכית איטו נקי חדר סגול-אוזון, להתייחס למשך 15 דקות.

3. ייצור של שכבה הזרקת חור

  1. להוציא את הפתרון poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) מהמקרר. מערבבים את הפתרון PEDOT:PSS בטמפרטורת החדר במשך 20 דקות להשיג פתרון מפוזר באופן שווה.
    הערה: טיפול UV-באוזון (בסעיף 2.5) ועצבנות של פתרון PEDOT:PSS צריכה להתבצע בו זמנית כדי למנוע כישלון הטיפול UV-האוזון. טמפרטורת החדר נשמר ב 25 º C.
  2. לוקח בערך 2 מ של PEDOT:PSS פתרון בעזרת מזרק 10 מ"ל, ולהתקין 0.45 מיקרומטר פוליאטר sulfone (פסי) מסנן על המזרק.
  3. מקם את הזכוכית איטו במרכזו של הספין-coater. יוצקים 2 טיפות הפתרון PEDOT:PSS לתוך הזכוכית איטו.
  4. ספין-קואט הפתרון PEDOT:PSS מסוננים על המצע איטו ב-3000 סל ד ל 30 s ולאחר מכן anneal את PEDOT:PSS-מצופה איטו ב 150 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות לתת סרט PEDOT:PSS 30 ננומטר.

4. ייצור של שכבת התעבורה חור

הערה: שכבת התעבורה חור ואת השכבה emissive מיוצרים בתיבת מלא חנקן הכפפות-עם ריכוז חמצן ומים מבוקרת מתחת 50 ppm.

  1. להמיס poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (פולי-TPD) ב- o-dichlorobenzene (1 מ"ל) עם ריכוז של 25 מ ג מ ל-1. מערבבים בטמפרטורת החדר לילה ב מלא חנקן-הכפפות.
  2. יוצקים µL 35 בפתרון פולי-TPD אל PEDOT:PSS-מצופה איטו. ספין-המעיל פולי-ה-TPD פתרון ב-3000 סל ד ל 30 s כדי לתת סרט 40 ננומטר פולי-TPD ולאחר מכן anneal ב 150 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות.

5. ייצור של שכבת Emissive

  1. להמיס ZnCdS/ZnS נקודות קוונטיות בפתרון טולואן (300 µL) עם ריכוז של 14.3 מ ג מ ל-1.
  2. יוצקים µL 35 של הפתרון ZnCdS/ZnS על החלק העליון של פולי-TPD. ספין-קואט הפתרון ZnCdS/ZnS ב-3000 סל ד ל 30 s לתת סרט 40 ננומטר.
    הערה: אפייה אין צורך.

6. ואקום התצהיר

  1. לאחר בלחץ של 10-4 הרשות הפלסטינית מתמלאת, להפקיד אלומיניום Tris(8-Hydroxyquinolinate) (גג גגג3)-מצעים עם קצב של 0.3 Å s-1 ב אידוי תרמי קאמרית לתת סרט 15 ננומטר גג גגג3 .
    הערה: גג גגג3 מועבר רק על מבנה התקן של איטו / PEDOT:PSS / פוליפוני-TPD/QDs/גג גגג3/Al.
  2. לגרד שכבה פעילה רחב 2 מ מ עם במגרדת לחשוף את המצע זכוכית ITO.
  3. הכנס את סובסטרטים מסכה מתכת ולהעביר אותם לתא אידוי תרמי. להפקיד את האלקטרודה אלומיניום, בקצב של 1 Å s-1 לתת 100 ננומטר הסרט באל.

7. Autoxidation השגרה

  1. להעביר הקתודה באל-מוכן לתוך תנור ואקום ולאחר מכן משאבת אוויר מהתנור עד שזה כמעט ואקום.
  2. לפתוח את השסתום דפלציה ולהזריק נטול מים אוויר מורכבות (O2= 20%, N2= 80%) לתוך התנור ואקום עם לחץ של 3 × 104 סבא נישחק ל- 0, 4.5, 12, ו- h 17 בטמפרטורת החדר (בתנור).

תוצאות

UV-Vis הקליטה ספקטרה פוטולומיניסנציה (PL) שימשו כדי להקליט את התכונות האופטיות של ZnCdS/ZnS מדורגים מבוססת על ליבה/מעטפת כחולה QDs. במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) נאספו עבור מורפולוגיות של QDs (איור 1). רנטגן photoelectron ספקטרוסקופ?...

Discussion

הארכיטקטורה התקן של הכחול QD-LED מורכב אנודת שקוף איטו, היל PEDOT:PSS (30 nm), שהותכם פולי-TPD (40 ננומטר), EML QDs ZnCdS/ZnS (40 ננומטר), ו Al: Al2O3 קטודית (100 ננומטר). בשל אופי הקתודה Al נקבובי, השגנו על הקתודה Al מחמצנים על ידי לחמצן. 2e איור , איור 2f להציג הדיאגרמות יישור רמת ה?...

Disclosures

אין לנו לחשוף.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי NSFC (51573042), הלאומי מפתח בסיסי מחקר תוכנית של סין (973 הפרוייקט, 2015CB932201), קרנות מחקר בסיסי האוניברסיטאות המרכזי, סין (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47).

Materials

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

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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

135LEDAutoxidation

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved