Solution-processed light-emitting diodes of monolayers of colloidal quantum wells
Tek katmanlı koloidal kuantum kuyularından yapılan çözelti bazlı ışık yayan diyotlar
- Tez No: 760361
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
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.
Özet (Çeviri)
Semiconductor colloidal quantum wells (CQWs) make an exciting quasi-2D class of nanocrystals thanks to their unique properties emerging from their atomically-flat vertically-thin geometry including highly anisotropic optical transition dipole moment (TDM), giant oscillator strength, and extraordinarily high absorption cross-section. This regular shape of the CQWs enables them to assemble on the surface of a liquid with a high degree of packing, which creates an almost fully uniform monolayer film with the desired orientation. Nearly all of the emission in a single CQW, again because of its geometry, comes from in-plane (IP) transition dipole moments (TDMs). Thus, an assembled film of such CQWs with an all-face-down orientation may show a highly anisotropic and directional emission. Using such a film in an emissive layer (EML) of an electroluminescent device, in this thesis work our intention is therefore to substantially boost photon outcoupling efficiency in a light-emitting device of oriented monolayer of CQWs. Thus far, research efforts have been conducted to investigate the properties of the deposited film of CQWs with self-assembly. However, in all of the previous studies, the property of CQW monolayer has been investigated only in a passive film; therefore, investigation of the self-assembled film in an active device is lacking. In this thesis, we developed and demonstrated an all-solution-processed colloidal quantum well light-emitting diodes (CQW-LEDs) using a single all-face-down oriented self-assembled monolayer (SAM) film of CQWs that enables a high level of IP TDMs of 92%. This film significantly enhances the outcoupling efficiency of LEDs from 22% (of standard randomly-oriented emitters) to 34% (of face-down oriented emitters). As a result of the outcoupling efficiency increased by 1.55 times, along with the enhanced charge injection and reduced reabsorption in the case of using a single SAM of CQWs, the external quantum efficiency reaches a record high level of 18.1% for the solution-processed type of CQW-LEDs, putting their efficiency performance on par with those of the hybrid organic-inorganic evaporation-based CQW-LEDs and all other best solution-processed LEDs. This EQE value is 65% higher than that in the devices fabricated by spin-coating with the same procedure and structure. Also, the SAM-CQW-LED architecture enables a high maximum brightness of 19,800 cd/m2 with a long operational lifetime of 247 h at 100 cd/m2, as well as a stable saturated deep-red emission (651 nm) with a low turn-on voltage of 1.7 eV and a high J90 of 99.58 mA/cm2. These findings indicate the effectiveness of oriented self-assembly of CQWs as electrically-driven emissive layers in improving outcoupling and external quantum efficiencies in the CQW-LEDs.
Benzer Tezler
- Solution-processed/evaporation-based light-emitting diodes of face-down/edge-up oriented colloidal quantum wells
Çözelti işlemli/buharlaştırma tabanlı yüz aşağı/kenar yukarı yönlendirilmiş koloidal kuantum kuyuları ışık yayan diyotları
İKLİM BOZKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Effect of phosphorescent iridium dopant on characteristics of organic light emitting diodes
Organik ısık yayan diyotlara fosforesan iridyum katkılanmasının aygıt karakteristiğine etkisi
AHU GALEN ALTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ
DOÇ. DR. EMİNE TEKİN
- Fabrication and characterization of perylene diimide doped polyfluorene based solution processed blue organic light emitting diodes
Çözelti süreçli, perilen diimid katkılı, polifloren tabanlı mavi ışık yayan organik diyotların hazırlığı ve karakterizasyonu
SEVDE NUR UTLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN VARLIKLI
PROF. DR. MUSTAFA MUAMMER DEMİR
- Emission characteristics of a solution processed, single layer white organic light emitting diode
Çözelti süreçli, tek tabaka bir beyaz ışık yayan organik diyotun emisyon özellikleri
VOLKAN BOZKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Enerjiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANAN VARLIKLI
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK GÜLTEKİN
- Colloidal quantum well light emitting diodes
Koloidal kuantum kuyuları tabanlı ışık yayan dalga kılavuzları
AHMET TARIK IŞIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR