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.

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

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).

На рис. 1 показаны спектры поглощения 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.

Рис. 2 АСМ изображения монослоев КТ

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, температура расстекловывания которого (102°) заметно выше, чем у TPD (65°).

Последним шагом было изменение способа нанесения 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 получать 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.

Рис. 3. Полученные пиксели и их электролюминесценция

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. 

Максимальные EQE полученных пикселей