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《Commun Mater》:效率接近InP量子点理论极限的高效QLED!

 材料科学网 2022-02-27
量子点发光二极管(QLED)的工业化要求使用危害较小的无镉量子点,其中ZnSe基蓝色和InP基绿色和红色量子点受到了广泛关注。相比之下,基于InP的绿色QLED的开发相对滞后。

在这里,来自中国台湾的研究人员制备了直径为8.6 nm的绿色InP/ZnSe/ZnS量子点。然后,用不同的烷基二胺和卤化锌钝化InP量子点发射层,从而降低电子迁移率并增强空穴传输。这与优化电子传输层一起,导致绿色545 nm InP QLED,最大量子效率(EQE)为16.3%,电流效率为57.5 cd/AEQE接近InP量子点的理论极限,发射量子产率为86%。相关论文以题目为“High efficiency green InP quantum dot light-emitting diodes by balancing electron and hole mobility发表在Communication Materials期刊上。

论文链接:
https://www./articles/s43246-021-00203-5
胶体量子点(QD)具有尺寸可控的带隙、优异的光电性能和高的色纯度,被认为是下一代量子发光二极管(QLED)的发射材料。1994年报告的第一个QLED遭受了低于0.01%的极低外部量子效率(EQE)。直到2011年,这一突破才取得了里程碑式的进展,QLED的出现是在混合QLED中引入了nZnO纳米颗粒作为电子传输层(ETL),证明了当时的高亮度(68000 cd m−2)对于绿色CdSe ZnS量子点。从那时起,与CdSe相关的QLED不断取得进展,EQE达到20%的理论极限,用于红色、绿色和蓝色器件亮度达到3.6×1051.7×1066.3×104 cdm−2

尽管CdSe相关QLEDs性能优异,但由于其对环境和健康的危害,许多消费电子产品中已禁止使用Cd。在寻求替代方案的过程中,无Cd QLED的开发要求其广泛而实用的实现。在这方面,还广泛研究了包含许多其他量子点的QLED,如InPZnSeCuInS2等,其中磷化铟(InP)基和硒化锌(ZnSe)基量子点被认为是有希望的良性替代品,也能覆盖几乎所有的自然色。到目前为止,与基于CdQLED相比,无Cd QLED的性能仍然较差。

尽管如此,经过近几年的努力,蓝色ZnSeTe和红色InP QLED取得了突飞猛进的进展。优化的双发射层蓝色ZnSeTe QLED显示出接近理论极限的20.2%EQE,亮度为88900Cd m−2 .在另一种方法中,红色InP QLED实现了21.4%EQE,高亮度为1.0×105 cdm−2 .相比之下,基于InP的绿色QLED的进展仍然远远落后。在采用绿色InP/ZnSeS/ZnS量子点的传统器件结构下,报告的冠军EQE13.6%,最大亮度为13900cd m−2 )。至于更实用的倒置结构,绿色InP QLED的最高EQE甚至更低,据报道为10.0%,最大亮度为4000cd m−2 )。绿色InPQLED的性能差主要在于电子和空穴之间的迁移率不匹配。在最先进的有机/无机杂化QLED中,ZnO通常被用作有效的电子注入层,从而产生快电子流动性。

相反,由于发射InP量子点和空穴传输层之间的能级偏移,空穴注入通常受到阻碍。这导致复合区中的电子和空穴不平衡,因此器件效率低。此外,在器件工作过程中,在势垒界面积累的过量载流子不仅作为非辐射中心,而且还增加了驱动电压,限制了器件寿命。理论上,找到与InP量子点能级匹配的空穴传输材料(HTM)可能会改善空穴注入,不幸的是,这是一个巨大的挑战,因为InP量子点的深价带。特别是,对一个绿色系统的能级排列进行了理论探讨InP/ZnSe/ZnS/多壳层结构表明,绿色InP量子点具有较小的e/h波函数重叠,导致电子与空穴之间的平衡调节更加困难。(文:爱新觉罗星)

1BDA与卤化锌组合的协同效应钝化的InPGQD的示意图。

2单载流子装置和AFM图像的特征。

3基于InPQLED的特性。

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