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AFM:迈向更稳定量子点发光二极管

发布者:     日期:2025年11月19日 11:40   点击数:  

【引言】

量子点发光二极管凭借宽色域、柔性与溶液可加工等优异光电特性,已成为下一代照明与显示技术的理想候选。典型器件采用多层结构:量子点发光层夹于电荷传输层之间,沉积于玻璃或塑料基底。底电极为氧化铟锡等透明导电氧化物,顶电极为金属电极。根据底电极功能差异,可分为正型与反型两种结构。

作为注入型半导体发光器件,量子点发光二极管在外电场作用下,空穴从阳极经空穴注入/传输层的价带/最高占据分子轨道迁至发光层,电子从阴极经电子注入/传输层的导带/最低未占分子轨道注入发光层。两类电荷在发光层复合形成激子,通过辐射跃迁发射特征波长光。由于电极与量子点间存在显著能带偏移与非理想电荷传输,需插入能级匹配的电荷注入/传输层与电荷阻挡层。实践中还可引入电子/空穴阻挡层、钝化层与埋入层等功能层以提升性能。

注入效率定义为注入发光层的电荷与电极生成总电荷之比,平衡电子-空穴注入是提升效率的关键。光提取效率表示自由空间出射光子与发光层生成总光子之比,受光学模式调控。辐射复合效率指辐射复合激子与总生成激子之比。高外量子效率直接反映优化的电荷注入、传输与复合过程,是实现低能耗显示的核心指标。亮度直观量化人眼感知光强,寿命测试中亮度衰减是稳定性直接判据。器件寿命通常标记为LTx或Tx,表示恒定电流密度驱动下初始亮度衰减至x%所需时间。高亮度下的长寿命是量子点发光二极管商业化的关键,也是本综述后续章节的焦点。

量子点发光二极管的长期竞争力取决于其与替代技术的性能对比。要广泛应用于高端显示与照明,其工作寿命需达到有机发光二极管的商业化标准,即在1000坎德拉每平方米初始亮度下超过1万小时。虽然微型发光二极管具备超长寿命与高亮度,但其当前制造成本与大尺寸量产难题为量子点发光二极管提供了发展窗口。因此当前研究重点不仅是提升效率,更需从根本上理解并抑制降解机制,将工作稳定性推向新高度。

为电致发光器件,量子点发光二极管在电能至光能转换中经历一系列损耗过程:电阻导致的电压损耗、漏电引起的注入损耗、非辐射复合造成的能量损耗以及光提取损耗。各过程分别对应电压效率、注入效率、辐射复合效率与光提取效率的优化空间。器件的功率转换效率表征电能至光能的转化能力,其关系式为功率转换效率等于外量子效率乘以电压效率。不同功能层对这些过程贡献各异,将在后续章节详述。目前最先进的红/绿/蓝光器件外量子效率已突破20%。

然而在长期运行(尤其是高亮度或电流密度条件下),不可避免的损耗会引发缩短寿命的恶性循环,这与"本征"不利电荷行为及"外征"材料界面降解密切相关。尽管前景广阔,量子点发光二极管的产业化仍主要受限于工作稳定性问题,攻克此瓶颈已成为领域首要挑战。突破该障碍需从根本上理解复杂的物理化学降解机制。

西南交通大学杨维清、李文等人系统论述了由电荷失衡、界面与材料物理化学降解,以及外场作用下量子点材料劣化引发的系列衰退路径,重点评述界面与材料工程策略的重要进展,并探讨创新器件结构与图案化制备方案。最后通过总结已建立的机理框架,提出需通过深化研究与跨学科融合以突破稳定性乃至商业化瓶颈的前瞻性展望。

【结果】

AFM:迈向更稳定量子点发光二极管

2025年11月19日 11:40 12次浏览

【引言】

量子点发光二极管凭借宽色域、柔性与溶液可加工等优异光电特性,已成为下一代照明与显示技术的理想候选。典型器件采用多层结构:量子点发光层夹于电荷传输层之间,沉积于玻璃或塑料基底。底电极为氧化铟锡等透明导电氧化物,顶电极为金属电极。根据底电极功能差异,可分为正型与反型两种结构。

作为注入型半导体发光器件,量子点发光二极管在外电场作用下,空穴从阳极经空穴注入/传输层的价带/最高占据分子轨道迁至发光层,电子从阴极经电子注入/传输层的导带/最低未占分子轨道注入发光层。两类电荷在发光层复合形成激子,通过辐射跃迁发射特征波长光。由于电极与量子点间存在显著能带偏移与非理想电荷传输,需插入能级匹配的电荷注入/传输层与电荷阻挡层。实践中还可引入电子/空穴阻挡层、钝化层与埋入层等功能层以提升性能。

注入效率定义为注入发光层的电荷与电极生成总电荷之比,平衡电子-空穴注入是提升效率的关键。光提取效率表示自由空间出射光子与发光层生成总光子之比,受光学模式调控。辐射复合效率指辐射复合激子与总生成激子之比。高外量子效率直接反映优化的电荷注入、传输与复合过程,是实现低能耗显示的核心指标。亮度直观量化人眼感知光强,寿命测试中亮度衰减是稳定性直接判据。器件寿命通常标记为LTx或Tx,表示恒定电流密度驱动下初始亮度衰减至x%所需时间。高亮度下的长寿命是量子点发光二极管商业化的关键,也是本综述后续章节的焦点。

量子点发光二极管的长期竞争力取决于其与替代技术的性能对比。要广泛应用于高端显示与照明,其工作寿命需达到有机发光二极管的商业化标准,即在1000坎德拉每平方米初始亮度下超过1万小时。虽然微型发光二极管具备超长寿命与高亮度,但其当前制造成本与大尺寸量产难题为量子点发光二极管提供了发展窗口。因此当前研究重点不仅是提升效率,更需从根本上理解并抑制降解机制,将工作稳定性推向新高度。

为电致发光器件,量子点发光二极管在电能至光能转换中经历一系列损耗过程:电阻导致的电压损耗、漏电引起的注入损耗、非辐射复合造成的能量损耗以及光提取损耗。各过程分别对应电压效率、注入效率、辐射复合效率与光提取效率的优化空间。器件的功率转换效率表征电能至光能的转化能力,其关系式为功率转换效率等于外量子效率乘以电压效率。不同功能层对这些过程贡献各异,将在后续章节详述。目前最先进的红/绿/蓝光器件外量子效率已突破20%。

然而在长期运行(尤其是高亮度或电流密度条件下),不可避免的损耗会引发缩短寿命的恶性循环,这与"本征"不利电荷行为及"外征"材料界面降解密切相关。尽管前景广阔,量子点发光二极管的产业化仍主要受限于工作稳定性问题,攻克此瓶颈已成为领域首要挑战。突破该障碍需从根本上理解复杂的物理化学降解机制。

西南交通大学杨维清、李文等人系统论述了由电荷失衡、界面与材料物理化学降解,以及外场作用下量子点材料劣化引发的系列衰退路径,重点评述界面与材料工程策略的重要进展,并探讨创新器件结构与图案化制备方案。最后通过总结已建立的机理框架,提出需通过深化研究与跨学科融合以突破稳定性乃至商业化瓶颈的前瞻性展望。

【结果】