JoVE Logo
Autori
Contattaci

Accedi

È necessario avere un abbonamento a JoVE per visualizzare questo. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Un protocollo è presentato per fabbricare ad alte prestazioni, puri blu ZnCdS/ZnS-basato quantum dots diodi emettitori di luce impiegando un catodo di alluminio autoxidized.

Abstract

Stabile ed efficiente rosso (R), verde (G) e fonti di luce blu (B) basati su punti quantici di soluzione-trattati (QD) giocano un ruolo importante nei display di nuova generazione e tecnologie di illuminazione a stato solido. La luminosità e l'efficienza di blu basato su QD diodi emettitori di luce (LED) rimangono inferiori alle loro controparti rossi e verde, a causa dei livelli di energia intrinsecamente sfavorevoli dei diversi colori della luce. Per risolvere questi problemi, una struttura periferica dovrebbe essere progettata per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nello strato QD emissivo. Qui, attraverso una strategia di autossidazione semplici, QD-LED blu puri che sono altamente luminose ed efficienti sono dimostrate, con una struttura di ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QD/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 catodo può efficacemente bilanciare le accuse iniettate e usufruire di ricombinazione radiativa senza introdurre uno strato supplementare di trasporto dell'elettrone (ETL). Di conseguenza, alto colore saturo blu QD-LED si ottengono con una luminanza massima oltre 13.000 cd m-2e un'efficienza massima corrente di 1,15 cd A-1. QD-LED blu l'apre di procedura autossidazione facilmente controllabile la strada per il raggiungimento di elevate prestazioni.

Introduzione

Diodi emettitori di luce (LED) basati su punti quantici di semiconduttore colloidali hanno attirato grande interesse a causa della loro vantaggi unici, tra cui lavorabilità soluzione, lunghezza d'onda di emissione sintonizzabile, purezza di colore eccellente, fabbricazione flessibile e basso elaborazione costo1,2,3,4. Poiché le prime dimostrazioni di LED basati su QD nel 1994, enormi sforzi sono stati dedicati all'ingegneria materiali e dispositivo strutture5,6,7. Un tipico dispositivo QD-LED è progettato per avere un'architettura di sandwich a tre strati che consiste di un livello di trasporto del foro (HTL), un livello emissivo e uno strato di trasporto dell'elettrone (ETL). La scelta di un livello di trasporto di carica adatto è fondamentale per bilanciare i fori di iniezione e gli elettroni nel livello emissivo per ricombinazione radiativa. Attualmente, vuoto-depositati piccole molecole sono ampiamente usati come ETL, per esempio, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) e 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8. Tuttavia, l'iniezione di vettore sbilanciato spesso provoca lo spostamento di regione di ricombinazione di ETL, facendo delle emissioni indesiderate parassita elettroluminescenza (EL) e peggiorando le prestazioni dispositivo9.

Per migliorare l'efficienza del dispositivo e la stabilità ambientale, elaborata soluzione di nanoparticelle di ZnO sono stati introdotti come uno strato di trasporto dell'elettrone anziché vuoto-depositati materiali della piccolo-molecola. QD-LED RGB altamente luminosi sono stati dimostrati per architettura dei dispositivi convenzionali, mostrando di luminanza fino a 31.000, 68.000 e 4.200 cd m-2 per emissione di rosso-arancio, verde e blu, rispettivamente10. Per un'architettura di dispositivo invertito, ad alte prestazioni QD-LED RGB con Disabilita bassa tensione sono stati dimostrati con successo con luminosità ed efficienza quantica esterna (EQE) di cd 23.040 m-2 e 7,3% per rosso, 218.800 cd m-2 e del 5,8% per verde e cd 2.250 m-2 e 1,7% per il blu, rispettivamente11. Per bilanciare le accuse iniettate e preservare il livello emissivo QD, una pellicola sottile di isolante poly(methylmethacrylate) (PMMA) è stata inserita tra i QD e ZnO ETL. QD-LED rosso-cupo ottimizzato ha esibito efficienza quantica esterna alta fino a 20,5% e una tensione di accensione basso di soli 1,7 V12.

Inoltre, ottimizzando l'optoelettronici proprietà e nanostrutture di QD anche gioca un ruolo cruciale nell'aumentare le prestazioni del dispositivo. Per esempio, altamente fluorescente blu QD con fotoluminescenza quantistica produrre (PLQE) fino a 98% sono stati sintetizzati attraverso ottimizzazione ZnS sgranare tempo13. Allo stesso modo, alta qualità, blu-violetto QD con vicino 100% PLQE sono stati sintetizzati con precisione il controllo della temperatura di reazione. Il blu-violetto QD-LED dispositivi ha mostrati notevole luminosità ed EQE fino a 4.200 cd m-2 e 3.8%, rispettivamente14. Questo metodo di sintesi è anche applicabile alla violetta ZnSe/ZnS core/shell QD, i QD-LED ha esibito ad alta luminanza (cd 2.632 m-2) ed efficienza (EQE=7.83%) utilizzando Cd-free QD15. Poiché sono stati dimostrati punti quantici blu con alta PLQE, efficienza di iniezione ad alta carica nello strato QD svolge un altro ruolo cruciale nella fabbricazione ad alte prestazioni QD-LED. Sostituendo i ligandi di acido oleico a lunga catena per accorciare ligandi 1-octanethiol, la mobilità di elettrone di QD film era aumentato due volte, e un alto valore EQE oltre il 10% è stato ottenuto16. Lo scambio di superficie ligando può anche migliorare la morfologia della pellicola QD e sopprimere il quenching della fotoluminescenza tra QD. Per esempio, QD-LED ha mostrato prestazioni migliorate dispositivo utilizzando chimicamente innestati QD-semiconduttori polimerici ibridi17. Inoltre, ad alte prestazioni QD sono stati preparati tramite ottimizzazione ragionevole della composizione graduata e spessore del guscio QD, dovuto l'iniezione di carica avanzato, trasporti, ricombinazione18.

In questo lavoro, abbiamo introdotto un catodo di alluminio (Al) autoxidized parziale per migliorare le prestazioni di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD-LED19. Il cambiamento della barriera di energia potenziale del catodo Al è stato confermato mediante spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) e spettroscopia fotoelettronica a raggi x (XPS). Inoltre, il digiuno carica dinamica di vettore al QD/Al e QD / Al: Al2O3 interfaccia sono stati analizzati mediante misure di fotoluminescenza risolta in tempo (TRPL). Al fine di convalidare ulteriormente l'influenza di Al parzialmente ossidato sulle prestazioni del dispositivo, QD-LED con catodi diversi (Al solo, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, e ALQ3/Al) sono stati fabbricati. Di conseguenza, blu puro ad alte prestazioni, QD-LED sono stati dimostrati impiegando Al: Al2O3 catodi, con una luminosità massima di 13.002 cd m-2 e un'efficienza di corrente di picco di 1,15 cd A-1. Inoltre, non c'era nessun ulteriori ETL biologici coinvolti nell'architettura di dispositivo, che può evitare EL parassita indesiderato per garantirne la purezza di colore sotto diverse tensioni di lavoro.

Protocollo

1. modello acquaforte di Indio ossido di stagno (ITO) vetro

  1. Tagliare grossi pezzi di vetro di ITO (12 cm × 12 cm) in 15 mm nastri larghi. Pulire la superficie di vetro di ITO con un panno privo di polvere con alcool.
  2. Controllare il lato conduttivo del vetro ITO con un multimetro digitale. Coprire l'area attiva del vetro ITO con nastro adesivo, in modo che l'area attiva è di 2 mm di larghezza nel mezzo.
  3. Versare la polvere di zinco sul vetro ITO (per uno spessore di circa 0,5 mm).
  4. Versare la soluzione di acido cloridrico (36% in peso) sulla superficie del vetro ITO e consentire di utilizzare il vetro ITO completamente immergere in soluzione di acido cloridrico, quindi etch per 15 s.
  5. Versare la soluzione di acido cloridrico dopo corrosione, quindi lavare il vetro di ITO con acqua immediatamente. Rimuovere il nastro adesivo sul vetro ITO.

2. pulizia del vetro di ITO

  1. Immergere il vetro ITO in una piastra Petri contenente una soluzione di acetone per 15 min. da pulire fuori la colla sul vetro ITO usando un batuffolo di cotone.
  2. Tagliare il vetro ITO in pezzi quadrati (circa 15 mm × 15 mm) con un tagliavetro.
  3. Sonicare il vetro ITO in sequenza in acqua detergente, acqua di rubinetto, acqua deionizzata, acetone e alcool isopropilico per 15 min.
  4. Piega il vetro ITO con azoto gas seguita da asciugatura in forno a 150 ° C per 5 min in atmosfera di aria.
  5. Mettere il vetro ITO pulito in una camera di ultravioletto-ozono e trattare per 15 min.

3. realizzazione di un livello di iniezione del foro

  1. Prendere la soluzione di poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) dal frigorifero. Agitare la soluzione PEDOT:PSS a temperatura ambiente per 20 minuti ottenere una soluzione uniformemente dispersa.
    Nota: Il trattamento con UV-ozono (sezione 2.5) e l'agitazione della soluzione PEDOT:PSS dovrebbe svolgersi simultaneamente per evitare il fallimento del trattamento UV-ozono. Temperatura ambiente è mantenuta a 25 ° C.
  2. Prendere circa 2 mL di soluzione di PEDOT:PSS con una siringa da 10 mL e installare un filtro di 0.45 µm Polietere solfone (PES) sulla siringa.
  3. Posizionare il vetro ITO al centro di rotazione-coater. Versare due gocce della soluzione PEDOT:PSS sul vetro ITO.
  4. Spin-cappotto la soluzione filtrata PEDOT:PSS sul substrato di ITO a 3.000 giri/min per 30 s e quindi tempri la PEDOT:PSS-rivestito ITO a 150 ° C per 15 min dare un film di PEDOT:PSS 30 nm.

4. realizzazione di un livello di trasporto del foro

Nota: Il livello di trasporto del foro e il layer emissivo sono fabbricati in un glovebox azoto-riempito con concentrazione controllata di ossigeno e acqua inferiore a 50 ppm.

  1. Sciogliere poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) in o-diclorobenzene (1 mL) con una concentrazione di 25 mg mL-1. Mescolare a temperatura ambiente durante la notte nella scatola per guanti-riempito di azoto.
  2. Versare 35 µ l di soluzione di poli-TPD sulla PEDOT:PSS-rivestito ITO. Soluzione di spin-cappotto Poly-TPD a 3.000 giri/min per 30 s per dare un film nm Poly-TPD 40 e poi ricottura a 150 ° C per 30 min.

5. fabbricazione di un Layer emissivo

  1. Sciogliere i punti di quantum ZnCdS/ZnS nella soluzione di toluene (300 µ l) con una concentrazione di 14,3 mg mL-1.
  2. Versare 35 µ l della soluzione sulla parte superiore della Poly-TPD ZnCdS/ZnS. Spin-cappotto la soluzione di ZnCdS/ZnS a 3.000 giri/min per 30 s per dare un film nm 40.
    Nota: Cottura non è necessario.

6. vuoto deposizione

  1. Dopo aver raggiunto una pressione di 10-4 Pa, depositare l'alluminio Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) sui substrati con un tasso di 0,3 Å s-1 in un'evaporazione termica della camera per dare un 15 nm Alq3 film.
    Nota: Il Alq3 è depositato solo per la struttura periferica di ITO / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QD/Alq3/Al.
  2. Raschiare un livello ampio attivo 2 mm con un raschietto per esporre il substrato di vetro di ITO.
  3. Posizionare i substrati in una maschera di metallo e trasferirli in una camera di evaporazione termica. Depositare l'elettrodo di alluminio con un tasso di 1 Å s-1 per dare una 100 nm Al film.

7. autossidazione procedura

  1. Trasferire Al catodo come preparato in un forno sottovuoto e poi pompare aria fuori dal forno, fino a quando è quasi vuoto.
  2. Aprire la valvola di sgonfiaggio e iniettare aria composto anidro (O2= 20%, N2= 80%) in forno sottovuoto con una pressione di 3 × 104 PA. ossidare per 0, 4.5, 12 e 17 h a temperatura ambiente (in forno).

Risultati

Assorbimento UV-Vis e spettri di fotoluminescenza (PL) sono stati utilizzati per registrare le proprietà ottiche di ZnCdS/ZnS graduata basate su core/shell blu QD. microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e scansione immagini di microscopia elettronica (SEM) sono state raccolte per la morfologie di QD (Figura 1). Raggi x di spettroscopia di fotoelettroni (XPS), studio elettrochimico e spettroscopia fotoelettronica ultravioletta (UPS) sono stati impiegati...

Discussione

L'architettura del dispositivo del blu QD-LED è costituito da un anodo trasparente di ITO, un HIL PEDOT:PSS (30 nm), un HTL Poly-TPD (40 nm), un ZnCdS/ZnS QD EML (40 nm) e un catodo di Al: Al2O3 (100 nm). A causa del carattere poroso del catodo Al, abbiamo ottenuto un ossidato Al catodo esponendolo all'ossigeno. Figura 2e e 2f figura visualizzare i diagrammi di allineamento del livello di energia dello strato di QD con Al e Al: Al2

Divulgazioni

Non abbiamo nulla di divulgare.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato supportato da NSFC (51573042), The National chiave base ricerca programma della Cina (progetto 973, 2015CB932201), fondi di ricerca fondamentali per le Università centrale, Cina (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47).

Materiali

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

Riferimenti

  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).

Ristampe e Autorizzazioni

Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi Autorizzazione

Esplora altri articoli

Ingegnerianumero 135Quantum Dotsdiodi emettitori di luceLEDautossidazioneiniezione di elettroniluminanza

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Riservatezza

Condizioni di utilizzo

Politiche

Contattaci

SUGGERISCI JOVE ALLA BIBLIOTECA

Newsletter di JoVE

Ricerca

Didattica

Autori

Personale delle biblioteche

CHI SIAMO

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati