河南大學Nature Nanotechnology: 通過增加準費米能級分裂減小量子點發光二極管的熱產生

• 【導讀】

量子點發光二極管發光波長覆蓋范圍廣，效率高，壽命長，可被應用于顯示、照明、成像等多個領域。相比傳統光源，雖然量子點發光二極管產熱極小，但仍是造成量子點發光二極管效率降低和壽命縮短的主要原因。因此，尋找一種有效抑制發光二極管熱產生的策略一直是研究的重點。

• 【成果掠影】

近日，河南大學申懷彬教授、杜祖亮教授與中國科技大學樊逢佳教授合作在Nature Nanotechnology上發表了新的研究論文，將由單層的高量子效率大尺寸量子點（CdSe/CdZnSe/ZnS）所構建的發光層與低驅動電壓相結合，成功降低了量子點發光二極管的熱產生，從而獲得了高效穩定的量子點發光二極管。在本項研究中，作者首先分析了如何從源頭上降低量子點發光二極管在工作條件下的熱產生，即降低驅動電壓。隨后，作者闡明了低驅動電壓下可以通過提升每個量子點中載流子數目進而提升準費米能級分裂來提升亮度。為實現以上目標，作者合成了無明顯核殼界面的、具有連續組分梯度的大尺寸量子點。該量子點平均尺寸為17 nm，量子效率高于95%。以該高效量子點為基礎，作者進一步構造了單層量子點組成的發光層，降低了量子點的堆積密度從而大幅提升了每個量子點中的載流子數目進而增加了準費米能級的分裂。以此策略構建的量子點發光二極管，在100%和115%的帶隙電壓的低驅動電壓下，分別獲得了1100 cd/m²和6000 cd/m²的高亮度。同樣值得強調的是，在6000 cd/m²的亮度下工作2小時，基于此項研究所制備的器件溫度僅升高1 ^oC，而參比器件溫度升高近10 ^oC。此外，該器件在1000 cd/m²工況下的效率的T₉₅高達48000小時。

相關研究文章以“Minimizing heat generation in quantum dot light-emitting diodes by increasing quasi-Fermi-level splitting”為題發表在Nature Nanotechnology上。

• 【核心創新點】

創新性地制備了組分連續變化的準核殼結構大尺寸高效量子點，利用低驅動電壓和單個量子點中高的載流子數目，保證了發光二極管的亮度并減小了發光二極管的熱產生。

• 【數據概覽】

圖1.?低驅動電壓下獲得高亮度來降低量子點發光二極管的熱產生。?2023 Springer Nature

圖2.?量子點發光二極管的表征。?2023 Springer Nature

圖3.?電子準費米能級分裂的表征。?2023 Springer Nature

圖4.?不同亮度下器件溫度的表征。?2023 Springer Nature

圖5.?器件穩定性的表征 ?2023 Springer Nature

• 【成果啟示】

本項研究為進一步提升量子點發光二極管的亮度和穩定性提出了新的思路。將該策略應用于對熱敏感且自身效率接近100%的鈣鈦礦納米晶，將有望促進鈣鈦礦納米晶發光二極管的發展。

原文詳情：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。 ???