Solution-processed light-emitting diodes of monolayers of colloidal quantum wells

Yarı iletken koloidal kuantum kuyuları, yüksek anizotropik optik geçiş dipol momenti, oldukça büyük salınım gücü ve olağanüstü yüksek soğurma kesit yüzeyi dahil olmak üzere atomik olarak düz ve dikey olarak ince geometrilerinden ortaya çıkan benzersiz özellikleri sayesinde dikkat çeken iki boyutlu nanokristaller sınıfını oluşturur. Koloidal kuantum kuyularının düzenli şekli, neredeyse tamamı aynı şekilli ve tek katmanlı bir film oluşturarak yüksek derecede istiflenme özellikleri ile sıvı yüzeyinde bir araya gelmelerini sağlar. Bir koloidal kuantum kuyusunda oluşan emisyonun büyük bülümü geometrisinden kaynaklanan düzlem içi geçiş dipol momentleri sayesinde oluşur. Bu nedenle koloidal kuantum kuyularının tamamı aşağı dönük bir yönelimle dizilerek oluşturduğu film, yüksek oranda anizotropik ve yönlü bir emisyon gösterir. Bu tez çalışmasında amaç, yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyularını bahsedilen film ile elektrolüminesans aygıtın yayıcı katmanında kullanarak ışık yayan aygıtların foton yayma verimliliğini arttırmaktır. Bu zamana kadar yapılan araştırmalar koloidal kuantum kuyularından oluşan özdizili filmin özelliklerini araştırmak üzerinedir. Önceki çalışmaların tümünde koloidal kuantum kuyularının tek tabakası sadece pasif bir filmde araştırılmıştır, fakat özdizili filmin aktif bir cihaz üzerinde araştırılması eksiktir. Bu tezde tümü aşağı yönlenmiş olan özdizili ve tek katmanlı film, ışık yayan diyotlarda kullanılmış, %92'ye varan oranda yüzey içi geçiş dipol momenti elde edilmiş ve gösterilmiştir. Bu film, LED'lerin foton yayma verimliliğini önemli ölçüde arttırmış, %22'den (standart rastgele dizilmiş yayıcılar) %34'e kadar (yüzü aşağı yönlendirilmiş yayıcılar) yükseltilmiştir. Arttırılmış yük enjeksiyonu ve azaltılmış yeniden soğurma özelliği ile tek katmanlı koloidal kuantum kuyularından oluşan özdizili filmin foton yayma verimi 1.55 kat yükseltilmiştir. Tümü çözeltide gerçekleştirilen ve dış kuantum verimi rekor seviye olan %18.1'e ulaşan koloidal kuantum kuyularının kullanıldığı ışık yayan diyotlar, hibrit organik-inorganik buharlaşma temelli koloidal kuantum kuyuları ve diğer yüksek performansa sahip çözelti temelli ışık yayan diyotlar ile benzer bir verimliliğe sahiptir. Dış kuantum verimliliği %65 ile aynı prosedür ve benzer bir yapı ile döndürülerek kaplanmış aygıtlardan daha yüksektir. Ayrıca, tek katmanlı özdizili koloidal kuantum kuyularının kullanıldığı aygıt, 100 cd/m2'de 247 saatlik uzun çalışma ömrüyle 19.800 cd/m2 maksimum parlaklığa ulaşmıştır. 1.7 eV'luk düşük çalışma voltajı ve 99.58 mA/cm2'lik yüksek akım yoğunluğuna sahip olan aygıt, kararlı ve aşırı doygun kırmızı ışıma göstermektedir. Bu çıktılar, yönlenmiş ve özdizili koloidal kuantum kuyularının elektrikle çalışan yayıcı katmanlarda kullanılması, foton yayınımında ve dış kuantum verimliliklerini iyileştirmedeki etkinliğini göstermektedir.