Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS
Определены условия образования наногибридной планарной гетероструктуры со слоем полимерного полупроводника и сверхтонким слоем квантовых точек (QD) с функцией эффективного электролюминесцентного излучателя в OLED-структурах. Обнаружены особенности формирования однородной плотноупакованной бислойн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2013 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2013
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85367 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS / В.П. Семиноженко, О.О. Матвиенко, А.С. Крыжановская, Ю.Н. Саввин, Н.В. Погорелова, В.В. Ващенко, О.В. Толмачев // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 89-95. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85367 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Семиноженко, В.П. Матвиенко, О.О. Крыжановская, А.С. Саввин, Ю.Н. Погорелова, Н.В. Ващенко, В.В. Толмачев, О.В. 2015-07-28T14:13:16Z 2015-07-28T14:13:16Z 2013 Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS / В.П. Семиноженко, О.О. Матвиенко, А.С. Крыжановская, Ю.Н. Саввин, Н.В. Погорелова, В.В. Ващенко, О.В. Толмачев // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 89-95. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85367 771.534.2:771.534.13:535 Определены условия образования наногибридной планарной гетероструктуры со слоем полимерного полупроводника и сверхтонким слоем квантовых точек (QD) с функцией эффективного электролюминесцентного излучателя в OLED-структурах. Обнаружены особенности формирования однородной плотноупакованной бислойной пленки из квантовых точек CdSe/ZnS на поверхности водной субфазы методом Ленгмюра–Шефера и ее перенесение на тонкий слой поли(диоктилфлуорена). Проведено исследование и установлено влияние концентрации QD в коллоидном растворе на морфологию консолидированного слоя QD, помещенного на интерфейсе электронно- и дырочно-транспортных слоев, а также эффективность эмиссии электролюминесцентного устройства. Визначено умови створення наногiбридної пленарної гетероструктури з шаром полiмерного напiвпровiдника i надтонким шаром квантових точок з функцiєю ефективного електролюмiнiсцентного випромiнювача в OLED-структурах. Виявлено особливостi формування однорiдної щiльнопакованої бiшарової плiвки з квантових точок CdSe/ZnS на поверхнi водної субфази методом Ленгмюра–Шефера та її перенесення на тонкий шар з полi(дiоктилфлуорену). Проведено дослiдження i виявлено вплив концентрацiї QD в колоїдному розчинi на морфологiю консолiдованого шару з квантових точок, розмiщеного на iнтерфейсi електронно- i дiрково-транспортних шарiв, та ефективнiсть емiсiї електролюмiнiсцентного пристрою. The formation conditions of nanohybrid planar heterostructures with polymer semiconductor layer and thin quantum dot (QD) layer as an effective electroluminescent emitter for OLED-structures are studied. The features of formation of a uniform close-packed QD bilayer film on the water subphase by the Langmuir–Sсhaefer method and its transfer to the surface of a hole-conducting layer of poly(dioctylfluorene) are investigated. Influence of the QD concentration in the colloidal solution on the morphology of the consolidated QD layer placed on the interface between electron- and holeconducting films and on the emission efficiency of the electroluminescent device are investigated and discussed. Авторы благодарны НАН Украины за финансовую поддержку (проекты № 0111U000744 и № 0112U004502). ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Матеріалознавство Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS Наногiбриднi електролюмiнiсцентнi гетероструктури на основi полi(дiоктилфлуорену) i градiєнтних квантових точок CdZnSeS Nanohybrid electroluminescent heterostructures on the basis of poly(dioctylfluorene) and gradient quantum dots CdZnSeS Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS |
| spellingShingle |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS Семиноженко, В.П. Матвиенко, О.О. Крыжановская, А.С. Саввин, Ю.Н. Погорелова, Н.В. Ващенко, В.В. Толмачев, О.В. Матеріалознавство |
| title_short |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS |
| title_full |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS |
| title_fullStr |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS |
| title_full_unstemmed |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS |
| title_sort |
наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек cdznses |
| author |
Семиноженко, В.П. Матвиенко, О.О. Крыжановская, А.С. Саввин, Ю.Н. Погорелова, Н.В. Ващенко, В.В. Толмачев, О.В. |
| author_facet |
Семиноженко, В.П. Матвиенко, О.О. Крыжановская, А.С. Саввин, Ю.Н. Погорелова, Н.В. Ващенко, В.В. Толмачев, О.В. |
| topic |
Матеріалознавство |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Наногiбриднi електролюмiнiсцентнi гетероструктури на основi полi(дiоктилфлуорену) i градiєнтних квантових точок CdZnSeS Nanohybrid electroluminescent heterostructures on the basis of poly(dioctylfluorene) and gradient quantum dots CdZnSeS |
| description |
Определены условия образования наногибридной планарной гетероструктуры со слоем
полимерного полупроводника и сверхтонким слоем квантовых точек (QD) с функцией
эффективного электролюминесцентного излучателя в OLED-структурах. Обнаружены
особенности формирования однородной плотноупакованной бислойной пленки из квантовых точек CdSe/ZnS на поверхности водной субфазы методом Ленгмюра–Шефера и ее перенесение на тонкий слой поли(диоктилфлуорена). Проведено исследование и установлено влияние концентрации QD в коллоидном растворе на морфологию консолидированного слоя QD, помещенного на интерфейсе электронно- и дырочно-транспортных слоев, а также эффективность эмиссии электролюминесцентного устройства.
Визначено умови створення наногiбридної пленарної гетероструктури з шаром полiмерного
напiвпровiдника i надтонким шаром квантових точок з функцiєю ефективного електролюмiнiсцентного випромiнювача в OLED-структурах. Виявлено особливостi формування однорiдної щiльнопакованої бiшарової плiвки з квантових точок CdSe/ZnS на поверхнi водної субфази методом Ленгмюра–Шефера та її перенесення на тонкий шар з полi(дiоктилфлуорену).
Проведено дослiдження i виявлено вплив концентрацiї QD в колоїдному розчинi на морфологiю консолiдованого шару з квантових точок, розмiщеного на iнтерфейсi електронно- i дiрково-транспортних шарiв, та ефективнiсть емiсiї електролюмiнiсцентного пристрою.
The formation conditions of nanohybrid planar heterostructures with polymer semiconductor layer
and thin quantum dot (QD) layer as an effective electroluminescent emitter for OLED-structures
are studied. The features of formation of a uniform close-packed QD bilayer film on the water
subphase by the Langmuir–Sсhaefer method and its transfer to the surface of a hole-conducting layer
of poly(dioctylfluorene) are investigated. Influence of the QD concentration in the colloidal solution
on the morphology of the consolidated QD layer placed on the interface between electron- and holeconducting films and on the emission efficiency of the electroluminescent device are investigated
and discussed.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85367 |
| citation_txt |
Наногибридные электролюминесцентные гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена) и градиентных квантовых точек CdZnSeS / В.П. Семиноженко, О.О. Матвиенко, А.С. Крыжановская, Ю.Н. Саввин, Н.В. Погорелова, В.В. Ващенко, О.В. Толмачев // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2013. — № 1. — С. 89-95. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT seminoženkovp nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT matvienkooo nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT kryžanovskaâas nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT savvinûn nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT pogorelovanv nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT vaŝenkovv nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT tolmačevov nanogibridnyeélektrolûminescentnyegeterostrukturynaosnovepolidioktilfluorenaigradientnyhkvantovyhtočekcdznses AT seminoženkovp nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT matvienkooo nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT kryžanovskaâas nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT savvinûn nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT pogorelovanv nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT vaŝenkovv nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT tolmačevov nanogibridnielektrolûminiscentnigeterostrukturinaosnovipolidioktilfluorenuigradiêntnihkvantovihtočokcdznses AT seminoženkovp nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT matvienkooo nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT kryžanovskaâas nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT savvinûn nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT pogorelovanv nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT vaŝenkovv nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses AT tolmačevov nanohybridelectroluminescentheterostructuresonthebasisofpolydioctylfluoreneandgradientquantumdotscdznses |
| first_indexed |
2025-11-25T21:35:58Z |
| last_indexed |
2025-11-25T21:35:58Z |
| _version_ |
1850559658744348672 |
| fulltext |
УДК 771.534.2:771.534.13:535
Академик НАН Украины В.П. Семиноженко, О. О. Матвиенко,
А.С. Крыжановская, Ю. Н. Саввин, Н.В. Погорелова,
В.В. Ващенко, член-корреспондент НАН Украины О. В. Толмачев
Наногибридные электролюминесцентные
гетероструктуры на основе поли(диоктилфлуорена)
и градиентных квантовых точек CdZnSeS
Определены условия образования наногибридной планарной гетероструктуры со слоем
полимерного полупроводника и сверхтонким слоем квантовых точек (QD) с функцией
эффективного электролюминесцентного излучателя в OLED-структурах. Обнаружены
особенности формирования однородной плотноупакованной бислойной пленки из кванто-
вых точек CdSe/ZnS на поверхности водной субфазы методом Ленгмюра–Шефера и ее
перенесение на тонкий слой поли(диоктилфлуорена). Проведено исследование и установ-
лено влияние концентрации QD в коллоидном растворе на морфологию консолидирован-
ного слоя QD, помещенного на интерфейсе электронно- и дырочно-транспортных слоев,
а также эффективность эмиссии электролюминесцентного устройства.
Для получения новых функциональных материалов перспективным является переход к но-
вым наногибридным композитам, состоящим из полимерных органических соединений и по-
лупроводниковых нанокристаллов — квантовых точек (quantum dots, QD) [1].
Технология изготовления полимернеорганического гибридного материала — сложный
процесс, ключевыми стадиями которого являются тщательный подбор полимерной матри-
цы и полупроводниковых нанокристаллов в соответствующей лигандной оболочке, опреде-
ление оптимального состава и конечной архитектуры соответствующего устройства, пос-
кольку эффективность их работы в значительной степени зависит от позиционирования
компонентов системы в активном слое.
Известны две альтернативные архитектуры планарных электролюминесцентных уст-
ройств на квантовых точках (QD-OLED устройства) [1]. В первом типе QD-OLED актив-
ный слой состоит из однородно распределенных квантовых точек в органической матрице.
При этом QD выполняют роль ловушек мигрирующих экситонов, образованных в резуль-
тате инжекции в матрицу носителей заряда из электродов. Спектральные характеристики
и внешний квантовый выход люминесценции таких QD-OLED устройств в значительной
степени зависят от эффективности переноса энергии возбуждения от молекул матрицы
(доноры) к нанокристаллам (акцепторам) [2, 3].
В ряде работ [1, 4, 5] сообщалось об использовании в QD-ОLED устройствах в качестве
эмиссионных слоев мультислоев из нанокристаллов CdSe (до 20 монослоев). Такой отно-
сительно толстый слой QD выполнял как функции транспортирования носителей заряда,
так и люминесцентных центров. Однако низкая подвижность электронов в слое квантовых
точек приводила к дисбалансу концентрации дырок и электронов в эмиссионном слое и,
как следствие, к низкой эффективности электролюминесценции, менее 0,10 кд/A [5].
© В. П. Семиноженко, О.О. Матвиенко, А.С. Крыжановская, Ю. Н. Саввин, Н.В. Погорелова,
В.В. Ващенко, О.В. Толмачев, 2013
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 89
В наших предыдущих исследованиях наносистемы на основе поливинилкарбазола (PVK)
и полупроводниковых нанокристаллов типа ядро–оболочка CdSe/ZnS в стабилизирующей
органической оболочке триоктилфосфин оксида [3, 6–7] был обнаружен эффект самоор-
ганизации QD в квазидвумерные агрегаты, локализующиеся в приповерхностной области
полимерной пленки. Эффект объясняется механизмом вытеснительной флокуляции (deple-
tion flocculation), обусловленным фазовым разделением в двухкомпонентной системе [7, 8].
Аналогичный механизм образования монослоя QD наблюдался и для других органико-не-
органических нанокомпозитных материалов [4].
В QD-OLED устройствах на основе активного наногибридного материала с планарной
структурой, образованной как за счет вышеописанного процесса, так и непосредственно пу-
тем нанесения слоя QD на органическую полупроводниковую пленку, QD являются только
центрами люминесценции и не участвуют в транспорте носителей заряда.
Цель нашего исследования — изучение условий формирования наногибридной планар-
ной гетероструктуры со слоем полимерного полупроводника и сверхтонким слоем кванто-
вых точек с функцией эффективного электролюминесцентного излучателя в OLED струк-
турах. В качестве объекта исследования выбраны полимер-неорганические гетерострукту-
ры на основе органического полупроводника p-типа проводимости поли(диоктилфлуорен)
(PFO, Mw = 58,200, Sigma–Aldrich) с относительно высоким квантовым выходом фотолю-
минесценции ϕ ≈ 50% при λ1 = 440 нм и синтезированные полупроводниковые нанокрис-
таллы типа ядро–оболочка CdZnSeS с градиентной структурой.
Среди многочисленных методов получения QD, состоящих из ядра CdSe с оболочкой
ZnS c высокой эффективностью фотолюминесценции [9–12], выбран инжекционный метод,
в котором к смеси олеатов Cd и Zn добавляют смесь прекурсоров Se и S [11]. При этих усло-
виях, в первую очередь, образуются зародыши из почти чистого CdSe, на которых с высокой
скоростью образуется оболочка из смеси всех четырех присутствующих элементов с посте-
пенным уменьшением концентрации Cd, Se и увеличением Zn и S от центра к периферии.
Состав органической оболочки на поверхности таких нанокристаллов специально не изучал-
ся, но должен быть близок к такому, как у QD, полученных родственными методами [11], —
олеиновая кислота с определенной долей триоктилфосфиноксида, октилфосфоновой и ди-
октилпирофосфоновой кислот [12] (далее такая оболочка обозначается, как TOPO).
В оригинальной работе [11] авторы утверждают, что предложенный метод позволяет
получить QD с эмиссией от 500 до 600 нм и квантовым выходом до 80%. Адаптация дан-
ного метода в наших условиях подтвердила высокое качество полученных QD. Кроме то-
го, варьированием соотношения прекурсоров (солей кадмия и цинка, селена и серы) нам
удалось расширить возможности этого метода и получить квантовые точки с фотолюми-
несценцией в голубом и красном диапазонах с достаточно высоким квантовым выходом
(табл. 1).
Особенность метода состоит в том, что длина волны люминесценции QD определяется не
размерами нанокристаллов, а их составом. Таким образом, QD с эмиссией в синем, зеленом,
желтом, красном диапазонах имеют близкие диаметры.
Эмиссионные слои QD формировались методами ленгмюровской технологии на установ-
ке для получения пленок Ленгмюра-Блоджетт (НИОПИК, Москва, Россия). Морфология
пленок исследовалась методом просвечивающей микроскопии (ПЭМ) (в режиме светлого
поля, ЕМ-125 (Selmi, Украина)). Спектры фото- и электролюминесценции регистрирова-
лись на автоматизированном спектральном стенде на основе комплекса СДЛ-2 (ЛОМО,
Россия).
90 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
Исследовались многослойные электролюминесцентные структуры с общей архитекту-
рой ITO/PEDOT:PSS/PFO/ QD/Bu-PBD/Al. Методом центрифугирования (spin-coating)
на предварительно очищенный прозрачный ITO электрод (Merk, поверхностное сопротив-
ление 30 Ом · см2) наносился дырочно-транспортный слой — полиэтилендиокситиофен,
допированный полистиролсульфонатом (PEDOT:PSS) (Sigma–Aldrich), толщиной 40 нм.
Функции дырочно-транспортного слоя выполнял тонкий (50 нм) слой PFO, который на-
носился на слой PEDOT:PSS методом spin-coating. В качестве электронно-дырочного слоя
использовался 2-(4-трет-бутилфенил)-5-(4-бифенилил)-1,3,4-оксодиазол (Bu-PBD) толщи-
ной 20–30 нм, на который через металлическую маску методом термического вакуумного
напыления наносилась пленка алюминия (катод) толщиной 150–200 нм.
Органическая оболочка в процессе синтеза QD образует на поверхности нанокристал-
ла монослой толщиной 0,7–1,1 нм [12], который обеспечивает необходимые ленгмюрогенные
свойства для CdZnSeS/TOPO нанокристаллов [14]. При исследовании и формировании сло-
ев QD в ленгмюровской ванне (НИОПИК, Москва, Россия) на поверхность водной субфазы
капельным методом наносился толуольный раствор QD с концентраций 2 мг/мл. Морфо-
логия слоя на границе раздела вода/воздух контролировалась методом ПЭМ. Перенос слоя
QD на твердую подложку или медную сеточку с напыленной углеродной пленкой осуще-
ствлялся методом Ленгмюра-Шефера (ЛШ) (методом горизонтального лифта) [15].
При низких поверхностных давлениях π > 10–15 мН/м (что эквивалентно низкой по-
верхностной плотности нанокриталлов) на поверхности водной субфазы наблюдалось обра-
зование агрегатов (скоплений) QD диаметром до 15 нм. При достижении оптимального
диапазона давлений (20–30 мН/м) на поверхности водной субфазы образовывался доста-
точно плотный монослой нанокристаллов. Однако перенесенный с поверхности воды на
твердую подложку (углеродную пленку) монослой оказался несплошным и содержал боль-
шое количество пор. Увеличение поверхностного давления до π > 40–45 мН/м приводило
к коллапсу с образованием двух- и трехслойных агрегатов QD и, следовательно, к увеличе-
нию неоднородности пленки по толщине (рис. 1, а). Более однородная бислойная структура
(толщиной ∼ 10 нм) с меньшим количеством пор образовывалась при увеличении концент-
рации QD до 3,8–4,0 мг/мл в толуольном растворе (рис. 1, б ).
Увеличение концентрации QD в растворе выше 4,0 мг/мл приводило к формированию
на подложках неоднородной мультислойной пленки. Определение особенностей формиро-
вания слоев QD на водной субфазе, а также их морфологии на углеродной подложке позво-
лило получить однородные бислойные пленки QD на поверхности дырочно-транспортного
Таблица 1
Квантовые точки Краситель (стандарт)
Цвет
люмине-
сценции
λmax
люмине-
сценции,
нм
Полуширина
полосы
люминесцен-
ции, нм∗
Кванто-
вый
выход, %
Средний
диаметр
частиц,
нм
Название/
растворитель
Длина
волны во-
збуждения,
нм
Квантовый
выход
стандарта,
%
Синий 440–460 18 44 7,5 Хинин/0,5 М H2SO4 355 55
Зеленый 525–540 28–32 49–77 6,1 Родамин В, спирт 490 97
Желтый 570–575 30–35 55–68 5,8 Родамин В, спирт 490 97
Красный 610–640 35–37 16–24 5,9 CY5, вода∗∗ 580 25
∗Ширина полосы люминесценции на половине ее высоты. ∗∗ CY5 — коммерческое название сульфоиндоциа-
нинового красителя GE Healthcare, Amersham Biosciences (USA), квантовый выход (25%) взят из работы [13].
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 91
Рис. 1. ПЭМ изображение сколлапсированной (а), бислойной (б ) пленки QD на углеродной подложке. ПЭМ
изображение с микродифракцией для эмиссионного слоя QD на поверхности пленки PFO при концентрации
QD в коллоидном растворе 4 мг/мл (в)
слоя PFO методом ЛШ. Проведена серия экспериментов по переносу многослойных пленок
QD с водной поверхности на поверхность пленки PFO. Результаты, полученные методом
ПЭМ, показали, что полученный слой квантовых точек является сплошным и полностью
покрывает всю поверхность пленки PFO (рис. 1, в).
Состав, энергетическая диаграмма и спектр эмиссии электролюминесцентной (ЭЛ)
структуры ITO/PEDOT:PSS/PFO/QD/Bu-PBD/ Al со слоем QD на интерфейсе дыроч-
но-и электронно-транспортного слоев (структура с планарным гетеропереходом) представ-
лены на рис. 2. Из диаграммы видно, что дырочно-транспортный (PEDOT:PSS) и эле-
ктронно-транспортный (Bu-PBD) слои уменьшают соответствующие потенциальные барье-
ры на границе ITO/PFO и QD/Al и, таким образом, увеличивают вероятность инжекции
электронов из катода, а дырок — из ITO в эмиссионный слой. Интенсивная ЭЛ наблю-
далась при λ = 575 нм, что отвечает эмиссии QD (рис. 2, кривая 1 ). Кроме того, имеет
место слабая эмиссионная полоса с максимумом вблизи λ = 420–440 нм, обусловленным
экситонной люминесценцией PFO. Для сравнения представлен спектр ЭЛ для структуры
ITO/PEDOT:PSS/PFO + QD/Bu-PBD/Al с объемным гетеропереходом (QD локализуются
в объеме слоя PFO) при условии неполного переноса энергии от матрицы к QD и, как
92 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
Рис. 2. Спектры электролюминесценции и энергетическая диаграмма структур (вставка): 1 —
ITO/PEDOT:PSS/PFO/QD/Bu-PBD/Al; 2 — ITO/PEDOT:PSS/PFO + QD/Bu-PBD/Al
следствие, с одновременной эмиссией полимера (λ = 440 нм) и QD (λ = 575 нм) (рис. 2,
кривая 2 ). Изменение цветовых координат в структурах с объемным гетеропереходом осу-
ществляется вариацией концентрации нанокристаллов в полимерной матрице.
Известно [2], что для электролюминесцентных структур с эмиссионным слоем из на-
нокристаллов эффективность ЭЛ зависит от транспортных свойств электронов и дырок
в соответствующих органических полупроводниках, эффективности образования эксито-
нов, экситонной диффузии вдоль интерфейса органических полупроводников, эффектив-
ности инжекции экситонов в QD и эффективности фотолюминесценции нанокристаллов.
При этом интенсивность ЭЛ является нелинейной функцией концентрации нанокристал-
лов, локализованных на интерфейсе органических полупроводников [2]:
I = CQD
[
Z(СQD)
1 + Z(СQD)τ
]
hν,
где τ — время жизни экситонов в QD; Z(СQD) — скорость инжекции экситонов из интерфей-
са органических полупроводников к QD, которая определяется эффективностью ферстеров-
ского переноса экситонов из органического полупроводника к QD, кинетикой экситонов на
интерфейсе органических полупроводников и зависит от концентрации QD в монослое. При
высокой концентрации нанокристаллов с учетом того, что количество центров люминесцен-
ции увеличивается, количество образованных экситонов к QD уменьшается, что связано,
главным образом, с уменьшением площади поверхности, не занятой нанокристаллами. Та-
ким образом, существует оптимальная концентрация QD на интерфейсе дырочно-транс-
портного и электронно-транспортного слоев.
Определено, что эффективность и интенсивность ЭЛ достигает максимального значе-
ния при концентрации QD в коллоидном растворе 4 мг/мл, что отвечает образованию не
монослойной, а бислойной структуры эмиссионного слоя. С уменьшением концентрации
QD относительно оптимальной и образованием монослойной пленки нанокристаллов на ин-
терфейсе органических слоев эффективность ЭЛ уменьшалась. Можно предположить, что
основной причиной являются дефекты упаковки QD и существование достаточно большой
концентрации пор в структуре слоя QD, перенесенного на пленку PFO. С увеличением кон-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 93
Рис. 4. Фотографии наногибридных электролюминесцентных ячеек двух типов: а — ITO/PEDOT:
PSS/PFO/QD/Bu-PBD/Al; б — ITO/PEDOT:PSS/PFO+QD/Bu-PBD/Al, сформированных на осно-
ве квантовых точек CdZnSeS (λмакс= 575 нм) и поли(диоктилфлуорена) (λмакс= 440 нм)
a б
Рис. 3. Вольт-амперная характеристика (а), зависимость яркости (Δ) и эффективности ( ) ЭЛ от
плотности тока (б) для структуры ITO/PEDOT:PSS/PFO/QD/Bu-PBD/Al
a б
центрации QD в исходном коллоидном растворе количество пор слоя QD на пленке PFO
уменьшалось, вероятно, за счет образования второго слоя нанокристаллов.
Увеличение концентрации QD в исходном коллоидном растворе приводило к увели-
чению толщины слоя QD и, как следствие, вызывало дисбаланс концентраций носителей
и уменьшение эффективности электролюминесценции QD-LED устройства.
На рис. 3 представлены основные электролюминесцентные характеристики для оптими-
зированной по составу структуры с планарным гетеропереходом ITO/PEDOT:PSS/PFO/
QD/Bu-PBD/Al: люминанс 2,2 · 103 Кд/м2, эффективность по току 1,3 Кд/A при напряже-
нии на электродах 10 В, суммарная площадь 2-х ячеек (пикселей) 0,12 см2, цветовые коорди-
наты X = 0,44, Y = 0,52 (рис. 4, а). Для сравнения на рис. 4, б представлено изображение
электролюминесцентной ячейки с объемным гетеропереходом (люминанс 1,5 · 103 Кд/м2,
эффективность 0,8 Кд/A при напряжении 11 В, размер ячейки 0,1 см2, цветовые коорди-
наты X = 0,26, Y = 0,30).
Таким образом, морфология и структура эмиссионного слоя из нанокристаллов, ра-
змещенного на интерфейсе электронно- и дырочно-транспортных слоев, являются одними
из наиболее важных факторов, определяющих эффективность ЭЛ. Она может быть опти-
мизирована как за счет подбора оптимальной концентрации QD в исходном коллоидном
растворе, так и выбора соответствующего метода формирования плотноупакованного слоя
QD. Кроме того, как показывают предварительные эксперименты, увеличение эффектив-
ности электролюминесценции в структурах с квантовыми точками может быть достигнуто
также путем вариации состава органической оболочки QD, что влияет как на морфологию
эмиссионного слоя, так и на эффективность инжекции и транспорт носителей заряда по
такому слою.
Авторы благодарны НАН Украины за финансовую поддержку (проекты № 0111U000744
и № 0112U004502).
1. Haverinen H. Inkjet-printed quantum dot hybrid light emitting devices – towards display applications. –
Oulu: Univ. of Oulu, 2010. – 351 с.
2. Kohary K., Burlakov V., Pettifor D. Modeling organic light-emitting diodes incorporating nanocrystal
quantum dots // J. of Appl. Phys. – 2006. – 100. – P. 114315.
3. Tугай О., Саввин Ю., Крыжановская А., Вовк О. Оптические свойств тонких наногибридных пленок
на основе поливинилкарбазола (ПВК) и квантовых точек типа ядро–оболочка CdSe/ZnS // Поверх-
ность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2011. – 12. – С. 1–5.
4. Coe-Sullivan S., Woo W.K., Steckel J. S. et al. Tuning the performance of hybrid organic/inorganic
quantum dot light-emitting devices // Organic Electronics – 2003. – 4. – P. 123–130.
5. Chaudhary S., Ozkan M., Chan W. Trilayer hybrid polymer-quantum dot light-emitting diodes // Appl.
Phys. Lett. – 2004. – 84, No 15. – P. 2925–2927.
6. Matvienko O., Savin Yu., Kryzhanovska A. et al. Morphology and luminescence properties of nanocomposi-
tes films on the base of poly(n-vinylcarbazole) and semiconductor nanocrystals CdSe/ZnS // Functional
Materials. – 2011. – 18, No 4. – P. 452–456.
7. Матвиенко О., Саввин Ю., Крыжановская А. Самоорганизация наносистемы на основе поливинил-
карбазола (ПВК) и полупроводниковых нанокристаллов CdSe/ZnS в бислойную структуру в процессе
фазового разделения при spin-coating // Металлофиз. новейшие технол. – 2011. – 33 (спецвыпуск). –
С. 65–74.
8. Milling A., Vincent B., Emmett S., Jones A. Depletion flocculation in dispersions of sterically-stabilised
silica particles. The effect of grafted chain coverage // Colloid and Surfaces. – 1991. – 57. – P. 185–195.
9. Talapin D.V., Lee J.-S., Kovalenko M.V., Shevchenko E.V. Prospects of colloidal nanocrystals for elect-
ronic and optoelectronic applications // Chem. Rev. – 2010. – 110, No 1. – P. 389–458.
10. Chaudhuri R.G., Paria P. Core/shell nanoparticles: classes, properties, synthesis mechanisms, characte-
rization, and applications // Ibid. – 2012. – 112, Nо 4. – P. 2373–2433.
94 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2013, №1
11. Bae W.K., Char K., Hur H., Lee S. Single-step synthesis of quantum dots with chemical composition
gradients // Chem. Mater. – 20. – P. 531–539.
12. Kopping J. T., Patten T.E. Identification of Acidic phosphorus-containing ligands involved in the surface
chemistry of CdSe Nanoparticles prepared in Tri-N-octylphosphine oxide solvents // J. Amer. Chem. Soc. –
2008. – 130. – P. 5689–5698.
13. Oswald B., Patsenker L., Duschl J. et al. Synthesis, spectral properties, and detection limits of reactive
squaraine dyes, a new class of diode laser compatible fluorescent protein labels // Bioconjugate Chem. –
1999. – 10. – P. 925–931.
14. Ji X., Wang C., Xu J. et al. Surface chemistry studies of CdSe(ZnS) quantum dots at the air-water
interface // Langmuir. – 2005. – 21. – P. 5377–5382.
15. Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения. Т. 4 / Под
ред. Г. Хасса и Р.Э. Туна. – Москва: Мир, 1970. – 440 с.
Поступило в редакцию 20.06.2012НТК “Институт монокристаллов”
НАН Украины, Харьков
Академiк НАН України В.П. Семiноженко, О.О. Матвiєнко,
О.С. Крижановська, Ю.М. Саввiн, Н.В. Погорєлова, В.В. Ващенко,
член-кореспондент НАН України О.В. Толмачов
Наногiбриднi електролюмiнiсцентнi гетероструктури на основi
полi(дiоктилфлуорену) i градiєнтних квантових точок CdZnSeS
Визначено умови створення наногiбридної пленарної гетероструктури з шаром полiмерного
напiвпровiдника i надтонким шаром квантових точок з функцiєю ефективного електролю-
мiнiсцентного випромiнювача в OLED-структурах. Виявлено особливостi формування одно-
рiдної щiльнопакованої бiшарової плiвки з квантових точок CdSe/ZnS на поверхнi водної суб-
фази методом Ленгмюра–Шефера та її перенесення на тонкий шар з полi(дiоктилфлуорену).
Проведено дослiдження i виявлено вплив концентрацiї QD в колоїдному розчинi на морфоло-
гiю консолiдованого шару з квантових точок, розмiщеного на iнтерфейсi електронно- i дiр-
ково-транспортних шарiв, та ефективнiсть емiсiї електролюмiнiсцентного пристрою.
Academician of the NAS of Ukraine V.P. Semynozhenko, O. O. Matvienko,
O. S. Kryzhanovska, Yu.N. Savin, N.V. Pogorelova, V. V. Vashchenko,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine A.V. Tolmachev
Nanohybrid electroluminescent heterostructures on the basis of
poly(dioctylfluorene) and gradient quantum dots CdZnSeS
The formation conditions of nanohybrid planar heterostructures with polymer semiconductor layer
and thin quantum dot (QD) layer as an effective electroluminescent emitter for OLED-structures
are studied. The features of formation of a uniform close-packed QD bilayer film on the water
subphase by the Langmuir–Sсhaefer method and its transfer to the surface of a hole-conducting layer
of poly(dioctylfluorene) are investigated. Influence of the QD concentration in the colloidal solution
on the morphology of the consolidated QD layer placed on the interface between electron- and hole-
conducting films and on the emission efficiency of the electroluminescent device are investigated
and discussed.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2013, №1 95
|