河南大学Nature Nanotechnology: 通过增加准费米能级分裂减小量子点发光二极管的热产生

• 【导读】

量子点发光二极管发光波长覆盖范围广，效率高，寿命长，可被应用于显示、照明、成像等多个领域。相比传统光源，虽然量子点发光二极管产热极小，但仍是造成量子点发光二极管效率降低和寿命缩短的主要原因。因此，寻找一种有效抑制发光二极管热产生的策略一直是研究的重点。

• 【成果掠影】

近日，河南大学申怀彬教授、杜祖亮教授与中国科技大学樊逢佳教授合作在Nature Nanotechnology上发表了新的研究论文，将由单层的高量子效率大尺寸量子点（CdSe/CdZnSe/ZnS）所构建的发光层与低驱动电压相结合，成功降低了量子点发光二极管的热产生，从而获得了高效稳定的量子点发光二极管。在本项研究中，作者首先分析了如何从源头上降低量子点发光二极管在工作条件下的热产生，即降低驱动电压。随后，作者阐明了低驱动电压下可以通过提升每个量子点中载流子数目进而提升准费米能级分裂来提升亮度。为实现以上目标，作者合成了无明显核壳界面的、具有连续组分梯度的大尺寸量子点。该量子点平均尺寸为17 nm，量子效率高于95%。以该高效量子点为基础，作者进一步构造了单层量子点组成的发光层，降低了量子点的堆积密度从而大幅提升了每个量子点中的载流子数目进而增加了准费米能级的分裂。以此策略构建的量子点发光二极管，在100%和115%的带隙电压的低驱动电压下，分别获得了1100 cd/m²和6000 cd/m²的高亮度。同样值得强调的是，在6000 cd/m²的亮度下工作2小时，基于此项研究所制备的器件温度仅升高1 ^oC，而参比器件温度升高近10 ^oC。此外，该器件在1000 cd/m²工况下的效率的T₉₅高达48000小时。

相关研究文章以“Minimizing heat generation in quantum dot light-emitting diodes by increasing quasi-Fermi-level splitting”为题发表在Nature Nanotechnology上。

• 【核心创新点】

创新性地制备了组分连续变化的准核壳结构大尺寸高效量子点，利用低驱动电压和单个量子点中高的载流子数目，保证了发光二极管的亮度并减小了发光二极管的热产生。

• 【数据概览】

图1. 低驱动电压下获得高亮度来降低量子点发光二极管的热产生。©2023 Springer Nature

图2. 量子点发光二极管的表征。©2023 Springer Nature

图3. 电子准费米能级分裂的表征。©2023 Springer Nature

图4. 不同亮度下器件温度的表征。©2023 Springer Nature

图5. 器件稳定性的表征 ©2023 Springer Nature

• 【成果启示】

本项研究为进一步提升量子点发光二极管的亮度和稳定性提出了新的思路。将该策略应用于对热敏感且自身效率接近100%的钙钛矿纳米晶，将有望促进钙钛矿纳米晶发光二极管的发展。

原文详情：Yan Gao, Bo Li, Xiaonan Liu, Huaibin Shen, Yang Song, Jiaojiao Song, Zhijie Yan, Xiaohan Yan, Yihua Chong, Ruyun Yao, Shujie Wang, Lin Song Li, Fengjia Fan, Zuliang Du,

Minimizing heat generation in quantum dot light-emitting diodes by increasing quasi-Fermi-level splitting, Nature Nanotechnology, 2023.

DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-023-01441-z

本文由NSCD供稿。