背景介绍
量子点发光二极管（QLED）因其色彩饱和度高、发射波长可调和易于溶液加工等优点，已成为平板显示器和固态照明的优良光源。目前，虽然QLED的性能已基本满足显示应用的要求，但其在显示器中的产业应用仍面临两大重要挑战。
第一个挑战是：QLED呈现出复杂的多层结构，不利于大规模生产。典型的QLED由多个功能层依次堆叠而成，包括空穴注入层（HIL）、空穴传输层（HTL）、量子点发射层（QD-EML）和电子传输层（ETL）。虽然利用多层功能层可以提高器件性能，但其也带来了很大缺陷。首先，多个功能层的存在会导致多个界面的形成，注入的电荷会在每个界面上积累，界面数量的增加会导致更严重的电荷积累，最终降低QLED的性能。其次，由于通过溶液工艺制备大尺寸、均匀的功能层（<50nm）还不成熟，额外的功能层必然会降低器件的制造良率。第三，功能层数量的增加也使器件制造工艺复杂化，导致制造成本和制造时间增加。另一个挑战是：常规QLED的HIL通常采用PEDOT：PSS作为HIL，其具有高吸湿性和酸性，限制了QLED的长期工作稳定性。由于目前大多数报道的寿命数据都是从高亮度下进行的短期（<~30 天）测量计算而来，在已报道的长寿命QLED中并没有考虑 PEDOT：PSS 的酸性和吸湿性。因此，很有必要设计一种结构更简单的无PEDOT:PSS HIL的高性能QLED。
研究方法
为解决上述挑战，本文开发了一种新型 PIN QLED，它仅由三个功能层组成，即p型 PTAA:TFB:F4-TCNQ体异质结（BHJ）HTL、QD-EML和n型 ZnMgO ETL。其中，PTAA:TFB:F4-TCNQ BHJ HTL是一种由PTAA、TFB和F4-TCNQ组成的三元混合HTL。本文的三功能层结构设计有以下优点：1. 由于PTAA和TFB在薄膜中可形成互穿网络结构，并且能级匹配良好，可有效增加空穴从PTAA到TFB的传输路径，从而降低空穴注入势垒。2.P型有机电子受体掺杂剂F4-TCNQ的加入，可有效提高HTL的空穴浓度和空穴迁移率。3.与常规器件中的PEDOT:PSS/TFB HIL/HTL相比，PTAA:TFB:F4-TCNQ BHJ HTL还表现出更好的表面形貌和更高的透过率。4. 三元混合HTL的设计避免了不稳定的PEDOT:PSS HIL的使用，可提升器件的环境稳定性。
成果简介
采用上述结构，本文所得三层PIN QLED的EQE可达25.1%，且其亮度高达382600 cd/m2，这些性能明显高于传统结构器件（EQE：20.7%；亮度：339700 cd/m2）。另外，由于器件性能的提升和电荷积累的减少，三层PINQLED的T95工作寿命可达5675小时，明显高于传统QLED的2928小时（L0=1000 cd/m2）。此外，由于不稳定PEDOT:PSS的去除，三层PIN QLED还表现出比常规结构器件更高的环境稳定性。我们相信，本文所展示的高性能三层PIN QLED将有望推动QLED技术在显示器和固态照明中的实际应用。
图文导读
图1三层PIN QLED的器件结构，PTAA、TFB和F4-TCNQ的化学结构和三层PIN QLED的透射电镜横截面图（包含QD发光层的截面EDS图）。
图2三层PIN QLED的工作原理及PTAA:TFB:F4-TCNQ BHJ HTL分子间电荷转移过程示意图。
图3三层PIN QLED与传统QLED的性能对比。三层PIN QLED具有比常规结构更出色的性能。
图4三层PIN QLED的高性能机理研究。三层PIN QLED的电荷注入更加平衡。
作者简介
该论文第一及通讯作者为广西大学资源环境与材料学院副教授张恒，共同第一作者为广西大学资源环境与材料学院硕士研究生王哲。广西大学资源环境与材料学院教授邹炳锁和南方科技大学电子与电气工程系教授陈树明为该论文共同通讯作者。
张恒，广西大学资环材学院，副教授，硕士生导师，在量子点发光二极管（QLED）领域共发表科研论文30余篇，文章总引用超过1500次，h-index= 19，其中第一作者或通讯文章20篇，包括发表在领域内国际权威期刊 Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Functional/Optical Materials, ACS Nano 和Small 等上的部分文章,其中封面文章3篇，ESI高被引1篇。申请发明专利 4 项，已授权 2项。曾获“深圳市自然科学奖二等奖”、“国际信息显示协会（SID）杰出论文奖”、“南方科技大学校级优秀博士学位论文”。
邹炳锁，广西大学资环材学院，教授，博导，广西有色金属与新材料特色加工重点实验室国家重点实验室培育基地主任。邹炳锁教授长期开展微纳光电材料与微纳光电器件研究，在纳米光子材料与器件，纳米光子学器件设计与理论模拟、磁性半导体与自旋光子学、非线性光学、量子点制备与LED、光电探测器、太阳能电池、微纳加工与器件、超快光谱与探测技术等领域开展系统深入的研究工作。已在包括Nano Lett, Nat. Comm., JACS，Adv. Mater., Adv. Func. Mater., Small, ACS Nano等期刊发表论文500余篇，他引超15000次。2010曾获得湖南省自然科学一等奖，2018年获得北京市自然科学二等奖，2019年获得国家自然科学二等奖。2015-2019五度被Elsvier国际出版集团公布为中国“高被引学者”榜单。曾负责973子课题和基金委重点项目，承担面上基金5项，教育部重大装备项目重点项目负责人；曾在科学院创新工程重大项目和 973量子调控项目中做研究骨干，取得多项重要成果。
陈树明 南方科技大学电子与电气工程系，教授，博导，广东省杰出青年基金、广东省特支计划青年拔尖人才、广东省优秀青年教师培养计划、深圳市自然科学奖二等奖、深圳市青年科技奖获得者。长期从事QLED/OLED等电致发光显示技术的研究，在器件物理、界面调控、结构设计、制备工艺、高效率全彩色QLED/OLED器件性能及其关键技术等方面积累了较扎实的研究基础，并做出一系列原创性和系统性的研究。在Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, ACS Nano等JCR一区期刊发表SCI文章100多篇，引用超过7500次，H-index 48。入选2021、2022全球学者学术影响力排行榜。Nano Research，Nanomaterials，Electronics等期刊编委、客座编辑等。
文章信息
Zhang H, Wang Z, Yang D, et al. PIN quantum-dot LEDs with enhanced efficiency and stability enabled by bulk-heterojunction hole transport layer. Nano Research, 2025, 18(2): 94907155. https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907155.
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