河南大学研究人员：制备块材量子点实现高效超窄蓝光LED

在此，来自河南大学的研究人员通过在尺寸大于体玻尔直径的ZnSe核上生长ZnS薄壳来合成蓝色发光量子点。ZnSe核的尺寸使得发射位于蓝色区域，发射宽度接近其固有峰值宽度。所制备的块材ZnSe/ZnS核/壳量子点的量子产率高达95%，发射宽度极窄约为9.6纳米。此外，ZnSe核的尺寸减小了QDs和LED中相邻层之间的能级差异，并改善了电荷传输。用这些高质量量子点制作的LED显示出明亮的纯蓝色发射，外部量子效率为12.2%，工作寿命相对较长。相关论文以题目为“Bulk-like ZnSe Quantum Dots Enabling Efficient Ultranarrow Blue Light-Emitting Diodes”发表在Nano Letters期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02284

胶体半导体量子点（QD）具有特殊的光学特性，包括尺寸可调性和窄发射。通过在核上生长外延壳形成核/壳量子点，荧光强度和光稳定性大大增强，这使得它们成功地应用于商业液晶显示器（LCD）中的发光生物探针和增色背光源层。作为下一代显示技术的代表，基于量子点的发光二极管（QLED）因其宽色域、高亮度和低生产成本而备受关注。作为发射材料，量子点的性能是获得高性能QLED的核心，QLED具有优异的效率和亮度。它要求量子点同时表现出窄发射光谱，半峰全宽（fwhm）接近其固有的色饱和峰宽，近单位光致发光（PL）量子产率（QY），当量子点带电时，抑制非辐射俄歇复合，并适当增大量子点尺寸，以最小化紧密堆积的量子点薄膜中的FRET。此外，量子点和相邻电荷传输层之间的壳层厚度和能级排列需要适当设计，以平衡电荷注入。在过去的十年中，在高效、高亮度和高稳定性的电致发光QLED的制备方面取得了重大进展。

基于Cd硫族化合物的红色、绿色和蓝色发射QLEDs器件显示出超过或接近20%的高外部量子效率（EQE），具有高的电致发光色纯度（EL）和足够长的工作寿命，适用于低亮度应用。然而，由于镉的毒性，法规严格限制了镉在消费电子产品中的使用。随着对更环保的显示技术需求的增加，迫切需要具有无重金属量子点的高性能QLED。最近，通过改进InP量子点的合成和LED器件的优化结构，InP基QLED的绿色发射EQE为13.6%，红色发射EQE为21.4%。同时，蓝色发光QLED的性能仍明显落后，显示出有限的运行寿命和低于10%的EQE。（文：爱新觉罗星）

图1。（a）两种ZnSe/ZnS核/壳量子点的受控合成示意图。（b）紫外光照射下T-QD和b-QD色散的光学图像。（c）一种典型的B-QD合成中吸收光谱。（d，e）T-QD（d）和B-QD（e）的系综（青色）和单个QDPL光谱（橙色）的光谱相关性。（f，g）T-QDs（f）和B-QDs（g）溶液（青色）中的时间分辨PL衰减与玻璃（橙色）上薄膜的变化。

图2。（a）TEM图像。（b）HRTEM图像。（c） ZnSe核和相应的ZnSe/ZnS核/壳量子点的XRD图谱。（d） B-QD的HAADF的STEM图。（e）h）阵列中硒、锌、锌/硒和硫/锌的对应图。

图3。（a） 计算了ZnSe量子点的HOMO态和氧诱导陷阱态的能级演化随ZnSe量子点直径的变化。（b）瞬态TA光谱的比较。

图4。ZnSe/ZnS量子点基QLED的性能。