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浙江大学与华南理工大学合作团队在量子点发光二极管研究方面取得进展

发布日期:2022-05-20
       近日,浙江大学金一政课题组、王林军课题组与华南理工大学黄飞/应磊团队合作,在高性能蓝、绿光量子点发光二极管(QLED)的开发上取得进展。研究者揭示了无机量子点/有机高分子界面的电荷转移机制,继而通过调控高分子空穴传输材料的分子结构,有效地抑制了器件的载流子泄漏,从而同时创造了蓝、绿光QLED的效率/寿命新纪录,尤其是绿光QLED的性能已经满足显示业界的应用需求。
 
       QLED是一种以胶体量子点材料作为发光中心、可通过溶液工艺制备的电致发光器件,是下一代低成本、低能耗、广色域大屏显示技术的有力竞争者。显示应用需要红、绿、蓝三色器件。目前,红光QLED原型器件的效率、工作寿命等性能指标已满足产业化要求,但蓝、绿光QLED的性能仍低于应用需求。针对该瓶颈问题,研究者应用纳晶科技公司的高性能CdSe基量子点为模型系统,开展了机制研究,发现:有机空穴传输材料能级的能量无序会显著增强量子点/有机空穴传输层界面的电子泄漏,是造成蓝、绿光QLED效率损失的关键通道。具体地,相比于无机晶体量子点,有机无定形聚合物薄膜具有显著的结构无序度与较强的电-声子耦合作用,导致了较多的带尾态分布与较大的能级展宽。此外,单颗量子点的尺寸(约10 nm)远大于有机聚合物单元(约1~2 nm),形成了单给体-多受体的特殊界面。研究者结合QLED的光谱表征与界面电子转移的非绝热动力学模拟,确证上述效应显著增强了界面电子转移,导致器件中的漏电流。
图1 蓝、绿光QLED的界面电荷转移机制
 
       在明晰了上述关键机制的基础上,研究团队设计并合成了系列基于刚性共聚单元的咔唑-芴交替共聚聚合物(PF8Cz,已在东莞伏安光电科技有限公司实现生产和销售),并通过合成方法的调控实现了高分子量。该材料与传统聚合物传输层相比,具有更浅的LUMO能级与更小的能量无序,因而表现出优异的电子阻挡能力。最终,利用此空穴传输材料,研究团队构筑了高性能蓝、绿光QLED原型器件,最高外量子效率分别达21.9%与28.7%,且高效率窗口覆盖了从显示到通用照明的亮度范围。蓝、绿光QLED分别实现了长达4400小时与58万小时的工作寿命(100尼特下亮度衰减95%),均是目前报道过的QLED最高值。
 
       该研究为QLED器件的材料设计提供了关键的新策略,实现了性能满足显示应用需求的绿光QLED原型器件,有望推动量子点印刷显示技术的实用化进程。
 
图2 高性能绿光、蓝光量子点发光二极管
 
       该成果近日以“Solution-processed green and blue quantum-dot light-emitting diodes with eliminated charge leakage”为题发表于Nature Photonics(论文链接:https://www.nature.com/articles/s41566-022-00999-9)。浙江大学邓云洲博士、博士生陆遥、博士生朱希童和华南理工大学彭沣博士为本文共同第一作者。浙江大学金一政教授、王林军研究员和华南理工大学黄飞教授、应磊教授为本文共同通讯作者。参与的合作者还有浙江大学狄大卫教授、上海交通大学刘烽教授、浙江工业大学孙土来博士等。该研究获得国家自然科学基金委重大研究计划集成项目、优秀青年科学基金、面上项目和科技部重点研发计划等项目的支持。
延伸阅读
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(来源:化学系)
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