吉林大学纪文宇教授等人在叠层量子点电致发光方面取得重要进展

近日，吉林大学物理学院纪文宇教授和电子学院谢文法教授团队在量子点电致发光方面取得重要进展，相关成果以“High-performance tandem quantum-dot light-emitting diodes based on bulk-heterojunction-like charge-generation layers”为题发表在Advanced Materials上。

QLED以其高EQE和低成本等优势，在照明、显示和其他相关领域具有广泛应用前景。自1994年首次提出QLED，人们一直致力于优化其性能。常用的方法包括优化量子点（QDs）的合成技术或开发新的QD发光层材料，以提高发光层的效率；对器件结构进行优化，调节器件中的载流子平衡及激子形成效率。目前，基于红、绿和蓝三种颜色的量子点制备的器件EQE均超过20%。然而，具有单发光层的QLED的内量子效率的理论极限为100%，这极大限制了器件的EQE提升。而叠层结构的器件由于存在电荷产生层（CGL）和两个发光层，内量子效率的理论极限为200%。因此，开发叠层结构的器件是提高QLED的EQE的有效手段。

目前，叠层QLED取得了一些进展，但仍然存在高工作电压和低功率效率等问题。现有报道中的CGL的电荷产生率（产生电流与注入电流的比值）仍然相对较低，这会导致CGL两端出现压降，因此，迫切需要一种构建CGL的创新设计。除了电荷产生率之外，LEE也同样很大程度上影响器件的EQE。由于光的全反射现象，从QLED中的发光层发射的光子不能完全出射。光损耗主要有四个途径：表面等离子体损耗（~40%）；金属电极吸收（~4%）；衬底模式（~23%）；波导模式（~15%）。叠层QLED的EQE也同样受到LEE的约束，各功能层的厚度对叠层器件的上下两层发光单元的LEE都有显著影响。因此，提高器件LEE对提升叠层QLED效率起到了至关重要的影响。然而，到目前为止，还没有通过优化叠层QLED的LEE来提高器件EQE的相关研究报道。

在本研究中，研究团队提出了类体异质结CGL概念，并对器件上下发光单元的LEE进行优化，最终实现了EQE为42.9%、开启电压约为4.0 V的高效叠层红光QLED。此外，由于CGL与电荷传输层之间存在不同注入势垒，使红绿双色叠层QLED展现出电压依赖的电致发光颜色变化特性。利用这一特点，研究团队制备了一种易于制作的电致-光致双重防伪标签，提高了防伪标签的安全性。

(a)平面和体异质结的电荷产生示意图。由于PEDOT： PSS和氧化锌之间的更广泛的有效界面，从界面到发射单元发生漏斗状电荷流。平面和体异质结CGL器件的电流密度电场强度（JE）特性在(b)电荷注入模式和(c)电荷产生模式下的结构。(d)有和不有微结构界面的CGLs的充电生成效率。(e)含和不含氟化锂层的串联QLEDs的电流密度发光-电压（JLV）和(f)外部量子效率-电流密度（EQE J）特性。(g)含lif的串联qled的峰EQE直方图。

(a)建议的防伪显示器的简化结构图（中）和光响应示意图（左）和电响应示意图（右）。在365 nm光刺激下，不同rqd厚度的双防伪器件的光响应照片。r-量子点层的厚度为(b) ~20 nm，(c) ~25 nm，(d) ~30 nm，(e) ~60 nm。在(f) 8 V，(g) 13 V电压下驱动下，具有~60nmr量子点层的防伪器件的电响应照片。

该研究成果的第 一作者是吉林大学物理学院2021级光学专业硕士研究生周泰颖，吉林大学物理学院纪文宇、电子科学与工程学院谢文法、刘士浩为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金的资助。