Leuchtdioden aus Halbleiternanokristall/Polymer- Kompositmaterialien

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde die Darstellung von Hybrid-LEDs auf Basis von lumineszenten CdSe/ZnS-, CdSe/CdS- und PbS-Halbleiternanokristallen erfolgreich durchgeführt. Die dargestellten LEDs sind sandwich-artig aus mehreren funktionellen Schichten aufgebaut. Sie zeigen Elektrolumineszenz ab etwa 2V und können an Luft für mehrere Stunden bei einer maximalen Spannung von 7V betrieben werden. Ihre durchschnittliche Leuchtdichte beträgt 18 Cd/m2. Die zur Darstellung benötigten Nanoteilchen wurden in organischen, koordinierenden Lösungsmitteln mit der "hot-injection"-Technik synthetisiert und anschließend charakterisiert. Sie sind kristallin und besitzen eine Fluoreszenzquantenausbeute von 77%. Die Schichten der LED wurden sowohl strukturell als auch spektroskopisch untersucht. Basierend auf Impendanzmessungen kann der Ladungsträgertransport mit Hilfe eines einfachen Modells bestehend aus einem Schwingkreis für die Nanopartikelschicht und einem in Reihe geschaltetem Widerstand für die Elektroden, modelliert werden. Ebenso lässt sich mit Hilfe der Impedanzspektroskopie eine starke Spannungsabhängigkeit der Messergebnisse oberhalb der Schwellenspannung der LED feststellen. Aus den Messungen kann geschlossen werden, dass die Injektionsrate der Löcher in die Nanoteilchen geschwindigkeitsbestimmend und innerhalb dieses Aufbaus effizienzhemmend für die Generation von Elektrolumineszenz ist.

In the present work hybrid-LEDs on the basis of luminescent CdSe/ZnS, CdSe/CdS and PbS semiconductor nanocrystals were successfully produced. The LEDs are built in a sandwich-like manner, consisting of several functional layers. The LEDs show electroluminescence from 2V on. It is possible to run them in air for several hours under a potential difference of 7 V, where they show a luminance of 18 Cd/m2. The needed nanocrystals for building the LEDs were synthesized in organic, coordinating solvents, using the "hot-injection-technique" and consequentially characterized. The particles are crystalline with a fluorescence quantum effciency of 77%. Using electrical impedance spectroscopy, charge carrier show was monitored. The measurements show a difference between a device consisting only of the ITO electrode, hole conductor and metallic back contact and a LED incorporating a film of nanocrystals. The impedance spectra are dominated by the nanoparticle layer. The experimental data could be modelled using a simple equivalent circuit consisting of an RC component corresponding to the nanoparticle layer and a single resistance representing the experimental set-up and electrodes. Above threshold voltage the spectra show a strong dependence on applied voltage. It was concluded from the measurements that hole injection is the key factor limiting the effciency of the device.