【產(chǎn)通社，11月19日訊】南方科技大學（Southern University of Science and Technology, SUSTech）官網(wǎng)消息，其電子與電氣工程系陳樹明教授團隊在量子點發(fā)光二極管（QLED）的電子輸運機理、高效率長壽命疊層 QLED 研究方面取得新進展。相關成果分別發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）和《納米快報》（Nano Letters）上。

作為一種電光轉換器件，QLED 消耗電子并將其轉化為光子。如果所有注入QLED 的電子都在量子點內(nèi)被轉化為光子，則可以實現(xiàn)100%的量子轉換效率。然而，并非注入的所有電子都能轉換為光子，這些未在量子內(nèi)復合并輻射光子的電子被稱為泄漏電子，它們將能量最終以焦耳熱的形式耗散，降低了器件的效率和壽命。泄漏電子為何不能在量子點內(nèi)部復合？它們在 QLED 內(nèi)部究竟是如何輸運的？這些基本問題目前尚不清楚，限制了 QLED 性能的提升。泄漏電子經(jīng)過的路徑，一定會留下蛛絲馬跡。如泄漏電子經(jīng)過載流子傳輸層時，可能會在載流子傳輸層上復合，產(chǎn)生微弱的熒光信號。通過監(jiān)測不同功能層產(chǎn)生的熒光信號，可以反過來追蹤泄漏電子的輸運路徑。但是，由于泄漏電子產(chǎn)生的熒光信號極其微弱，目前的表征手段和測量方法并不能準確捕捉到這些極弱的信號。

鑒于此，本項研究開發(fā)了一套基于 EL-PL 聯(lián)合測試技術和 SPC 技術的新型表征方法。EL-PL 聯(lián)合測試技術，可監(jiān)測加電狀態(tài)工況條件下量子點的本質發(fā)光，并可表征泄漏電子對 QLED 性能的影響；而 SPC 技術，可追蹤到非常微弱的、由泄漏電子產(chǎn)生的熒光信號。最終，該研究成功追蹤到泄漏電子的輸運行為，并精確地描繪出 QLED 內(nèi)的電子在不同驅動電壓下的輸運路徑。結果表明，QLED 在小電流和大電流驅動條件下，電子向傳輸層泄漏，以及發(fā)生界面復合泄漏，均是造成 QLED 性能衰減的重要因素。本項研究對電子輸運行為的明確揭示不僅加深了研究者對 QLED 工作機制的理解，也為長壽命、低功耗、高亮度 QLED 的實現(xiàn)提供了新的思路。

本研究通過分析了解到，QLED 中的電子可以通過五種可能路徑進行輸運。為了證明提出的電子輸運路徑的模型，本研究開發(fā)了新型極弱光探測系統(tǒng)，利用 SPC 技術來追蹤電子在不同的輸運路徑所留下的熒光信號。單光子計數(shù)器集成光柵單色儀后，不僅可以捕捉到極其微弱的光信號，還能按需實現(xiàn)單波長探測。本研究利用 SPC 技術成功追蹤到 QLED 在不同電壓驅動區(qū)間，電子向 TFB 泄漏而產(chǎn)生的熒光信號。研究結果表明：電子向 TFB 的泄漏存在于 QLED 工作的整個電壓驅動區(qū)間，它導致了器件在小電壓驅動下（如啟亮附近）效率極低，而在大電壓驅動下，效率迅速衰減。

同時，研究人員利用 SPC 技術，還成功追蹤到藍光 QLED 在不同驅動電壓區(qū)間，電子通過界面復合泄漏而產(chǎn)生的熒光信號。圖4中620 nm附近的發(fā)光信號即來自于 TFB/QD 界面處的復合發(fā)光。

綜上所述，本研究提出可通過提升空穴注入來抑制電子泄漏，大幅提升了QLED 在小電流驅動條件下的發(fā)光效率，展示了能量轉化效率超過98%的高性能 QLED。查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://newshub.sustech.edu.cn/html/202409/45694.html，以及https://www.nature.com/articles/s41467-024-52521-0、https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02021  。（Robin Zhang，產(chǎn)通數(shù)造）    （完）