吉林大學(xué)紀(jì)文宇教授等人在疊層量子點(diǎn)電致發(fā)光方面取得重要進(jìn)展

近日，吉林大學(xué)物理學(xué)院紀(jì)文宇教授和電子學(xué)院謝文法教授團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)電致發(fā)光方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“High-performance tandem quantum-dot light-emitting diodes based on bulk-heterojunction-like charge-generation layers”為題發(fā)表在Advanced Materials上。

QLED以其高EQE和低成本等優(yōu)勢(shì)，在照明、顯示和其他相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。自1994年首次提出QLED，人們一直致力于優(yōu)化其性能。常用的方法包括優(yōu)化量子點(diǎn)（QDs）的合成技術(shù)或開發(fā)新的QD發(fā)光層材料，以提高發(fā)光層的效率；對(duì)器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)節(jié)器件中的載流子平衡及激子形成效率。目前，基于紅、綠和藍(lán)三種顏色的量子點(diǎn)制備的器件EQE均超過20%。然而，具有單發(fā)光層的QLED的內(nèi)量子效率的理論極限為100%，這極大限制了器件的EQE提升。而疊層結(jié)構(gòu)的器件由于存在電荷產(chǎn)生層（CGL）和兩個(gè)發(fā)光層，內(nèi)量子效率的理論極限為200%。因此，開發(fā)疊層結(jié)構(gòu)的器件是提高QLED的EQE的有效手段。

目前，疊層QLED取得了一些進(jìn)展，但仍然存在高工作電壓和低功率效率等問題。現(xiàn)有報(bào)道中的CGL的電荷產(chǎn)生率（產(chǎn)生電流與注入電流的比值）仍然相對(duì)較低，這會(huì)導(dǎo)致CGL兩端出現(xiàn)壓降，因此，迫切需要一種構(gòu)建CGL的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。除了電荷產(chǎn)生率之外，LEE也同樣很大程度上影響器件的EQE。由于光的全反射現(xiàn)象，從QLED中的發(fā)光層發(fā)射的光子不能完全出射。光損耗主要有四個(gè)途徑：表面等離子體損耗（~40%）；金屬電極吸收（~4%）；襯底模式（~23%）；波導(dǎo)模式（~15%）。疊層QLED的EQE也同樣受到LEE的約束，各功能層的厚度對(duì)疊層器件的上下兩層發(fā)光單元的LEE都有顯著影響。因此，提高器件LEE對(duì)提升疊層QLED效率起到了至關(guān)重要的影響。然而，到目前為止，還沒有通過優(yōu)化疊層QLED的LEE來提高器件EQE的相關(guān)研究報(bào)道。

在本研究中，研究團(tuán)隊(duì)提出了類體異質(zhì)結(jié)CGL概念，并對(duì)器件上下發(fā)光單元的LEE進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了EQE為42.9%、開啟電壓約為4.0 V的高效疊層紅光QLED。此外，由于CGL與電荷傳輸層之間存在不同注入勢(shì)壘，使紅綠雙色疊層QLED展現(xiàn)出電壓依賴的電致發(fā)光顏色變化特性。利用這一特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)制備了一種易于制作的電致-光致雙重防偽標(biāo)簽，提高了防偽標(biāo)簽的安全性。

(a)平面和體異質(zhì)結(jié)的電荷產(chǎn)生示意圖。由于PEDOT： PSS和氧化鋅之間的更廣泛的有效界面，從界面到發(fā)射單元發(fā)生漏斗狀電荷流。平面和體異質(zhì)結(jié)CGL器件的電流密度電場(chǎng)強(qiáng)度（JE）特性在(b)電荷注入模式和(c)電荷產(chǎn)生模式下的結(jié)構(gòu)。(d)有和不有微結(jié)構(gòu)界面的CGLs的充電生成效率。(e)含和不含氟化鋰層的串聯(lián)QLEDs的電流密度發(fā)光-電壓（JLV）和(f)外部量子效率-電流密度（EQE J）特性。(g)含lif的串聯(lián)qled的峰EQE直方圖。

(a)建議的防偽顯示器的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖（中）和光響應(yīng)示意圖（左）和電響應(yīng)示意圖（右）。在365 nm光刺激下，不同rqd厚度的雙防偽器件的光響應(yīng)照片。r-量子點(diǎn)層的厚度為(b) ~20 nm，(c) ~25 nm，(d) ~30 nm，(e) ~60 nm。在(f) 8 V，(g) 13 V電壓下驅(qū)動(dòng)下，具有~60nmr量子點(diǎn)層的防偽器件的電響應(yīng)照片。

該研究成果的第 一作者是吉林大學(xué)物理學(xué)院2021級(jí)光學(xué)專業(yè)碩士研究生周泰穎，吉林大學(xué)物理學(xué)院紀(jì)文宇、電子科學(xué)與工程學(xué)院謝文法、劉士浩為通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。