Hybrid Organic Inorganic Light-Emitting Devices : Interfacial mechanism, current and light.
Diodes électroluminescentes hybrides organiques inorganiques : Mécanismes aux interfaces, courant et lumière.
Résumé
The hybrid organic-inorganic Quantum Dot Light-Emitting Diodes-(QD-LEDs) are devices intended to associate the semiconducting properties of conjugated organic materials and ease of implementation in a thin layer, to the unique properties (color tunable by the size, good luminescence quantum yield) of nanoparticles inorganic semiconductors such as CdSe/ZnS (TOPO). Various approaches have been explored to optimize the QD-LEDs and are based on the achievement of various architectures (uni, bi, tri-layer) combining organic materials with QDs (in compact layer or dispersed in a matrix), deposited by various methods (spin coating, stamp, ink jet printing). In this thesis, we first devised an original structure in the form of diodes comprising a layer hybrid nanocomposite, obtained by incorporating QDs in a dielectric matrix of PMMA. The aim was to control the flow of carriers to maximize their recombination on QDs. Measurements of electrical, electro and photoluminescence are discussed, together with studies of the morphology of deposits by AFM, which have shown how the microstructure depended on the characteristics of solvents used for spin coating. In general, the nanoparticles are aggregated and inhomogeneous layer appears rough, allowing contact between the transport layers. The resulting low electroluminescence proceeds by transfer from excited states produced by recombination at these locations. In a second part, we introduced QDs by spin coating from solutions in heptane, a solvent that does not disturb previously deposited organic layers. The morphologies observed are those of compact islands, with coverage rates ranging from 0 to 100 %. The reduction, and eventual disappearance, of electroluminescence at high coverages confirm that the emission of QDs originates exclusively from transfer of excitation from the excited species generated at the interface of organic-organic, depending on the type of organics. The mechanisms of carrier injection at the cathode, depending on its nature of and the electron transport layer, are variable as well.
Les diodes électroluminescentes hybrides organiques-inorganiques ou Quantum Dot- Light-Emitting Diodes (QD-LED) sont le parangon de dispositifs qui associeraient les propriétés semi-conductrices des matériaux organiques conjugués, ainsi que leur facilité de mise en oeuvre en couche mince, aux propriétés exceptionnelles (couleur accordable par la taille, bon rendement quantique de photoluminescence) des nanoparticules nanométriques de semi-conducteurs inorganiques, telles que CdSe/ZnS (TOPO). Diverses approches ont été explorées pour optimiser les QD-LEDs ; elles reposent sur la réalisation d'architectures diverses (uni, bi, tri couches) combinant matériaux organiques et QDs (en couche compacte ou dispersés dans une matrice), obtenues par diverses méthodes de dépôt (spin coating, tampon, impression jet d'encre). Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord réalisé une structure originale sous forme de diodes comportant une couche hybride nanocomposite, obtenue en incorporant les QDs dans une matrice diélectrique de PMMA. Le but était de contrôler les flux de porteurs pour maximiser leur recombinaison sur les QDs. Les mesures des caractéristiques électriques, d'électro- et photoluminescence sont discutées, conjointement à des études de la morphologie des dépôts par AFM qui ont montré comment la microstructure dépendait des caractéristiques du, ou des, solvant(s) utilisé(s) pour le spin coating. D'une façon générale, les nanoparticules sont agrégées et la couche apparait inhomogène et rugueuse, ce qui permet des contacts entre les couches de transport. La faible électroluminescence résulterait de transferts d'excitation à partir d'états excités produits par les recombinaisons à ces endroits. Dans une seconde partie, nous avons déposé les QDs par spin coating à partir de solutions dans l'heptane, un solvant qui ne perturbe pas les couches organiques préalablement déposées. Les morphologies observées sont celles d'ilots compacts, avec des taux de couverture allant de 0 à 100%. La diminution, puis la disparition, de l'électroluminescence aux fortes couvertures confirme que l'émission des QDs provient exclusivement de transferts d'excitation à partir d'espèces excitées générées à l'interface organique-organique, en fonction de la nature des matériaux organiques. Les mécanismes d'injection des porteurs à la cathode, dépendant de la nature de celle-ci et de la couche de transport d'électrons, sont variables eux-aussi.
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