Правильный подбор квантовых точек и проводящих слоев позволил повысить эффективность люминесценции светоизлучающих диодов в четыре раза.

Гибридные органические светоизлучающие диоды (СИД) на основе квантовых точек (КТ) отличаются высокой чистотой цвета, низкой стоимостью изготовления и высоким временем службы. Однако во всех предыдущих сообщениях говорилось о низких внешних квантовых эффективностях (EQE) таких СИД (красный до 2.1%, зеленый до 0.65% и синий до 0.3%), тогда как в коммерческих устройствах EQE достигает 10%. Можно было бы сделать акцент на другие преимущества КТ-СИД, но для достижения абсолютного преимущества необходимо добиться и высокой эффективности свечения.

Для повышения EQE есть два подхода: увеличение квантового выхода фотолюминесценции квантовых точек и правильный подбор дополнительных проводящих слоев с электронной и дырочной проводимостью. Полина Аникеева и Джонатан Хальперт из МТИ предложили для оптимизации EQE таких СИД следующие квантовые точки:

• красный цвет: CdZnSe, пассивированный олеиновой кислотой. Пик фотолюминесценции при l=647 нм, квантовый выход QY=50%;

• оранжевый цвет: CdSe/ZnS, пассивированные TOP и TOPO, l=600 нм, QY=75%;

• зеленый цвет: ZnSe/CdSe/ZnS, пассивированный гексилфосфоновой кислотой и TOPO, l=540 нм, QY=65%;

• голубой цвет: ZnCdSe, пассивированный олеиламином и олеиновой кислотой, l=460 нм, QY=50%;

• сиреневый цвет: ядро ZnCdS в оболочке ZnS, l=490 нм, QY=80% (рекордное значение).

Рис. 1. Спектры поглощения квантовых точек и материалов для проводящих слоев.

На Рис. 1 показаны спектры поглощения всех этих квантовых точек, а также материалов, которые обычно используются в качестве электрон- и дырочных проводящих слоев: AlQ₃ и TPD. По перекрыванию спектров видно, что эффективный транспорт образованных на AlQ₃ экситонов возможен только на красные и оранжевые квантовые точки. В случае же голубых КТ, наоборот, возможен транспорт экситонов на AlQ₃. Чтобы этого избежать, обычно используют дыркоблокирующие слои или наносят толстые слои КТ, однако в данной работе был выбран другой материал TBPi (2,2 `,2 ` `-(1,3,5-бензонитрил)-трис(L-фенил-1-H-бензимидазол)), спектр поглощения которого эффективно перекрывается со спектрами поглощения всех КТ. Недостаток использования TPD заключается в его кристаллизации на воздухе. Чтобы этого избежать, в работе использовали спироTPD. Для сравнения, температура его перехода в структуру из стекла (102°) заметно выше, чем у TPD (65°).

Рис. 2. АСМ изображения монослоев КТ

И последним шагом было изменение способа нанесение квантовых точек, поскольку все они были получены разным способом с разными оболочками, и нужен был эффективный общий способ их осаждения. В качестве такого метода была выбрана контактная печать, позволяющая осаждать плотноупакованные монослои КТ. АСМ изображения таких монослоев, нанесенных поверх слоя спироTPD, нанесенного из вакуума, и PEDOT:PSS, нанесенного на ITO, представлены на Рис. 2. Средняя шероховатость составляет <1 нм. Затем поверх напыляли TPBi, Mg:AL и сверху наносили защитный слой серебра.

На Рис. 3 представлены фотографии полученных пикселей и их спектры электролюминесценции. Видно, что все они являются узкими, кроме голубого, в котором наблюдается широкая примесная полоса органической люминесценции, обусловленная неполным переносом экситона. Но даже, несмотря на ее наличие, визуально эти пиксели светят синим цветом.

На рисунке также показаны зависимости EQE от плотности тока при светимости 100 Кд/м² и соответствующий выход по энергии. Соответствующие максимальные EQE и яркость представлены в таблице. EQE и выход по энергии для оранжевого, красного и зеленого КТ-СИД являются на сегодняшний день рекордными и превышают прежде полученные величины более, чем в 4 раза.