JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Bir iletişim kuralı bir autoxidized alüminyum katot istihdam ederek yüksek performanslı, saf mavi ZnCdS/ZnS tabanlı kuantum nokta ışık - yayan diyotlar imalatı için sunulmaktadır.

Özet

İstikrarlı ve verimli kırmızı (K), yeşil (G) ve mavi (B) ışık kaynakları çözüm işlenen kuantum noktalar (QDs) tabanlı yeni nesil görüntüler ve katı hal aydınlatma teknolojileri önemli rol oynarlar. Parlaklık ve mavi QDs tabanlı ışık - yayan diyotlar (LED'ler) verimliliğini kırmızı ve yeşil karşılıkları, ışığın farklı renkteki doğal olarak olumsuz enerji seviyeleri nedeniyle daha aşağı kalır. Bu sorunları çözmek için bir aygıt yapısı iğne delikleri ve elektronlar yayıcı QD katmanına dengelemek için tasarlanmış olmalıdır. Burada, bir basit autoxidation strateji saf mavi QD-son derece parlak ve verimli olan LED'ler, ITO yapısıyla içinde gösterilen / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Al: Al2O3. Autoxidized Al: Al2O3 katot etkili bir şekilde enjekte ücretleri denge ve bir ek elektron taşıma katmanı (ETL) tanıtımı olmadan ışınımsal rekombinasyon geliştirmek. Sonuç olarak, yüksek renk doymuş mavi QD-LED 13.000 cd m-2üzerinde maksimum ışıklılık ve 1,15 cd A-1bir en fazla geçerli verimliliği ile elde edilir. Kolayca kontrollü autoxidation yordam açıyor yüksek performans elde etmek için yolu QD-LED mavi.

Giriş

Işık - yayan diyotlar (LED'ler) kolloidal yarı iletken kuantum nokta dayalı çözüm processability, ayarlanabilir emisyon dalga boyu, mükemmel renk saflık, esnek imalat ve düşük gibi kendi benzersiz avantajlar nedeniyle büyük ilgi çekmiştir işleme1,2,3,4maliyeti. 1994 yılında QDs tabanlı LED ilk gösteriler beri çok büyük çabalar tahsis edilmiştir mühendislik malzemeleri ve aygıt yapıları5,6,7. Tipik bir QD-LED aygıt bir delik Aktarım Katmanı (HTL), yayıcı bir katmanı ve bir elektron taşıma katmanı (ETL) oluşan bir sandviç üç katmanlı mimarisi için tasarlanmıştır. Uygun şarj aktarım katmanı ışınımsal rekombinasyon için yayıcı katmanına enjekte delikleri ve elektronlar dengelemek için kritik bir seçimdir. Şu anda, küçük moleküller vakum yatırılır ETL, örneğin, bathocuproine (BCP), tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) ve 3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole (TAZ)8yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak, dengesiz taşıyıcı enjeksiyon kez rekombinasyon bölge shift istenmeyen paraziter elektriksel (EL) emisyon yapma ve aygıt performans9bozulan ETL için neden olur.

Cihaz verimliliği ve çevre kararlılığı artırmaya yönelik çözüm işlenen ZnO nano tanecikleri vakum yatırılır küçük molekül malzemeler yerine bir elektron taşıma katmanı olarak tanıtıldı. Son derece parlak RGB QD-LED için geleneksel aygıt mimarisi, ışıklılık 31.000, 68.000 ve 4.200 cd m-2 emisyon turuncu-kırmızı, yeşil ve mavi, sırasıyla10gösterilen gösterdi. İçin bir ters aygıt mimari, yüksek performanslı RGB QD-LED ile düşük voltaj açmak başarılı bir şekilde gösterdi parlaklık ve dış kuantum verimliliği (EQE) ile 23,040 cd m-2 ve kırmızı, 218,800 cd m-2 için %7,3 ve % 5.8 için yeşil ve 2.250 cd m-2 ve % 1.7 için mavi, sırasıyla11. Enjekte ücretleri denge ve QDs yayıcı katman korumak için bir yalıtım poly(methylmethacrylate) (PMMA) ince film QDs ve ZnO ETL arasında eklenir. En iyi duruma getirilmiş derin-kırmızı QD-LED yüksek dış kuantum verimliliği kadar sergilenen %20,5 ve düşük tahrik gerilim sadece 1.7 V12.

Ayrıca, Optoelektronik en iyi duruma getirme özellikleri ve QDs nanoyapıların ayrıca aygıtı performansını artırma bir çok önemli rol oynar. Örneğin, son derece floresan mavi QDs photoluminescence kuantum ile (PLQE) kadar verim % 98'i sentezlenmiş en iyi duruma getirme saat13bombardımanı ZnS aracılığıyla. Benzer şekilde, yüksek kaliteli, mor-mavi QDs çevre %100 PLQE sentezlenmiş tam reaksiyon sıcaklık kontrol ederek. Mor-mavi QDs-LED cihazlar gösterdi olağanüstü ışıklılık ve EQE 4.200 cd m-2 ve % 3.8, sırasıyla14yukarı. Bu sentez yöntemi de mor ZnSe/ZnS çekirdek/kabuk QDs uygulanabilir, sergilenen QD-LED yüksek parlaklık (2,632 cd m-2) ve verimlilik (EQE=7.83%) özgür Cd QDs15kullanarak. Mavi kuantum nokta ile yüksek PLQE gösterdi beri yüksek ücret enjeksiyon verimliliği QDs katmanda yüksek performanslı QD-LED imalatı başka bir çok önemli rol oynar. 1-octanethiol ligandlar kısaltmak için uzun zincir oleik asit ligandlar yerine, artan iki kat QDs film elektron hareketliliğini yapıldı ve yüksek bir EQE değer üzerinden %1016elde edildi. Yüzey ligand Satım QDs film morfolojisi geliştirmek ve photoluminescence QDs arasında Şoklama bastırmak. Örneğin, QDs-LED kimyasal olarak aşılı QDs-Yarıiletken polimer melez17kullanarak geliştirilmiş aygıt performans gösterdi. Ayrıca, yüksek performanslı QDs kademeli kompozisyon makul optimizasyonu ve gelişmiş şarj enjeksiyon, taşıma ve rekombinasyon18nedeniyle QDs kabuk kalınlığı ile hazırlanmıştır.

Bu çalışmada, ZnCdS/ZnS kademeli çekirdek/kabuk tabanlı mavi QD-LED19performansını artırmak için bir kısmi autoxidized alüminyum (Al) katot tanıttı. Al katot potansiyel enerji bariyeri değişikliği ultraviyole photoelectron spektroskopisi (UPS) ve x-ışını photoelectron spektroskopisi (XPS) tarafından doğrulandı. Ayrıca, hızlı şarj taşıyıcı dynamics QDs/Al ve QDs / Al: Al2O3 arayüzü zaman karar vermek photoluminescence (TRPL) ölçümleri tarafından analiz. Daha da kısmen oksitlenmiş Al etkisi aygıtı performansını, QD-LED farklı katotlar ile karşılaştırarak doğrulamak için (yalnızca Al, Al: Al2O3, Al2O3/Al, Al2O3/Al:Al2O3, ve ALq3/Al) fabrikasyon. Sonuç olarak, yüksek performanslı saf mavi QD-LED ile maksimum ışıklılık değeriyle 13,002 cd m-2 ve 1,15 cd A-1pik geçerli verimliliğini Al: Al2O3 katotlar istihdam ederek gösterdi. Ayrıca, orada hiçbir ek organik ETL dahil oldu farklı çalışma gerilimleri altında renk saflık güvence altına almak için istenmeyen paraziter EL önleyebilirsiniz aygıt Mimarlık.

Protokol

1. Desen Gravür indiyum kalay oksit (ITO) cam

  1. ITO cam (12 cm × 12 cm) büyük parçalar 15 mm geniş şeritler kesin. Alkol ile toz bırakmayan bir bez kullanarak ITO cam yüzeyi temizleyin.
  2. ITO cam iletken tarafına bir dijital multimetre ile bakın. Böylece aktif alan Orta 2 mm geniş yapışkan bant, ITO bardakla etkin alanı kapsamaktadır.
  3. Çinko tozu (için yaklaşık 0,5 mm kalınlığında) ITO camına dökün.
  4. ITO cam yüzeyinin hidroklorik asit solüsyonu (36 wt %) dökün ve tamamen hidroklorik asit çözümde emmek, o zaman için 15 etch ITO cam izin s.
  5. Korozyon sonra hidroklorik asit solüsyonu dökün, sonra hemen ITO cam su ile durulayın. ITO camına yapışkan bandı çıkarın.

2. Ito Cam temizliği

  1. 15 dk. Wipe bir pamuk topağı kullanarak ITO cam uyuşmuşhalde kapalı için aseton solüsyon içeren bir petri ITO bardakta bırakın.
  2. Bir cam kesici ile kare parçalara (yaklaşık 15 mm × 15 mm) ITO cam kesti.
  3. ITO cam sırayla deterjan su, musluk suyu, deiyonize su, aseton ve izopropil alkol 15dk için solüsyon içeren temizleyicide.
  4. 150 ° c hava atmosferde 5 min için bir fırın kurutma tarafından takip azot gazı ile ITO cam kuruttun.
  5. 15 dakikadır tedavi ve temizlenmiş ITO cam bir ultraviyole-ozon odasına koyun.

3. bir delik enjeksiyon tabaka imalatı

  1. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) çözüm buzdolabından alın. Eşit olarak dağınık bir çözümü elde etmek 20 dakika oda sıcaklığında PEDOT:PSS çözüm karıştırın.
    Not: UV-Ozon tedavisi (Bölüm 2.5) ve ajitasyon PEDOT:PSS çözüm aynı anda başarısız UV-ozon tedavi önlemek için yapılmalıdır. Oda sıcaklığı 25 ° C'de muhafaza
  2. 2 mL PEDOT:PSS çözeltisi bir 10 mL şırınga al ve şırıngayı 0,45 µm Polieter sulfone (PES) filtre kurun.
  3. ITO cam spin coater merkezinde yer. İki damla PEDOT:PSS çözüm ITO cam üzerine dökün.
  4. Spin-ceket süzülmüş PEDOT:PSS çözüm için 30 3000 rpm'de ITO substrat üzerinde s ve PEDOT:PSS tavlama-30 nm PEDOT:PSS film vermek 15 dakika 150 ° C'de ITO kaplı.

4. bir delik aktarım katmanı imalatı

Not: Delik aktarım katmanı ve yayıcı katman bir nitrojen dolu-torpido ile kontrollü su ve oksijen konsantrasyonu 50 ppm aşağıda cihazlarında.

  1. Poly(N,N′-bis(4-butylphenyl)-N,N′-bis(phenyl)-benzidine) (Poly-TPD) o-dichlorobenzene (1 mL) içinde 25 mg mL-1bir konsantrasyon ile geçiyoruz. Gecede nitrojen dolu-torpido gözünde oda sıcaklığında karıştırın.
  2. 35 µL Poly-TPD çözümde PEDOT:PSS üzerine dökün-ITO kaplı. Spin-ceket Poly-TPD çözüm 3000 devirde 30 40 nm Poly-TPD film vermek ve 30 dk için 150 ° C'de tavlamak için s.

5. bir yayıcı katmanı imalatı

  1. ZnCdS/ZnS kuantum nokta (300 µL) Toluen çözümde 14.3 mg mL-1bir konsantrasyon ile geçiyoruz.
  2. Poly-TPD üst üzerine ZnCdS/ZnS çözümün 35 µL dökün. Spin-kat ZnCdS/ZnS çözüm için 30 3000 rpm'de s 40 nm film vermek.
    Not: Pişirme gerekli değildir.

6. Vakum ifade

  1. 10-4 Pa Basınç ulaşıldıktan sonra bir termal buharlaşma Å s-1 Oda 15 nm Alq3 film vermek için 0,3 oranında ile yüzeyler üzerinde Tris(8-Hydroxyquinolinate) (Alq3) alüminyum kasası.
    Not: Yalnızca ITO aygıt yapısı için yatırılan Alq3 / PEDOT:PSS / Poly-TPD/QDs/Alq3/Al.
  2. 2 mm geniş etkin katman bir sıyırıcı ITO cam alt katman ortaya çıkarmak için kazı.
  3. Yüzeylerde metal maskeli yerleştirin ve termal buharlaşma odanın içine aktarabilirsiniz. Alüminyum elektrot bir oranı 1 ile mevduat 100 vermek için Å s-1 nm Al film.

7. Autoxidation yordamı

  1. Olarak hazırlanan Al katot vakum bir fırın içine aktarmak ve neredeyse bir vakum olana hava fırından pompa.
  2. Deflasyon vanayı aç ve susuz bileşik hava enjekte (O2= % 20, N2= %80) 3 × 104 PA okside için 0, 4.5, 12 ve 17 h (fırında) Oda sıcaklığında bir baskısı ile vakum fırın içine.

Sonuçlar

UV-VIS emme ve photoluminescence (PL) spectra ZnCdS/ZnS kademeli çekirdek/kabuk tabanlı mavi QDs. iletim elektron mikroskobu (TEM) optik özelliklerini kaydetmek için kullanılmıştır ve Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri için toplanan türleri morfoloji QDs (Şekil 1). Röntgen photoelectron spektroskopisi (XPS), elektrokimyasal çalışma ve ultraviyole photoelectron spektroskopisi (UPS) yapısal özelliklerini ve enerji düzeyleri QDs (<...

Tartışmalar

Aygıt Mimarlık QD-LED oluşur bir ITO şeffaf anot, PEDOT:PSS HIL mavi (30 nm), poli-TPD HTL (40 nm), ZnCdS/ZnS QDs EML (40 nm) ve bir Al: Al2O3 katot (100 nm). Al katot gözenekli karakteri nedeniyle, biz oksijen açarak oksitlenmiş Al katot elde. Şekil 2e ve Şekil 2f QDs katman Al ve Al: Al2O3ile enerji seviyesi hizalama diyagramları görüntüleyin. QDs Al katotlu başvurduğunuzda, elektron enjeksiyon katot (...

Açıklamalar

İfşa etmek yok.

Teşekkürler

Bu eser NSFC (51573042), ulusal anahtar temel araştırma programı of China (973 proje, 2015CB932201), orta üniversiteler, Çin (JB2015RCJ02, 2016YQ06, 2016MS50, 2016XS47) için temel araştırma fonu tarafından desteklenmiştir.

Malzemeler

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

Referanslar

  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).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

M hendislik135kuantum noktak yayan diyotlarLEDAutoxidationelektron enjeksiyonkl l k yay n

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır