基于绿色磷化铟（InP）的量子点发光二极管（QD-LED）仍然存在效率低和工作寿命短的问题，这对完全无镉的QD-LED显示和照明提出了严峻的挑战。遗憾的是，造成这些局限性的因素仍不明确，因此也没有明确的设备工程指南。
在这里，河南大学申怀彬教授、陈斐博士、中国科学技术大学樊逢佳教授、北京交通大学唐爱伟教授通过使用电激发瞬态吸收光谱，他们发现最先进的绿色无镉QD-LED（普遍采用InP-ZnSeS-ZnS核-壳-壳结构）的低效率源于ZnSeS中间层，因为它施加了高注入势垒，限制了电子浓度和陷阱饱和度。他们通过实验和理论证明，用加厚的ZnSe中间层替换目前广泛使用的ZnSeS中间层可以同时改善电子注入和降低泄漏，从而可以在543nm发射的绿色InP基QD-LED中实现26.68%的峰值外部量子效率和1241小时的T95寿命（亮度降至初始值的95%的时间）在1000cdm–2的初始亮度下-分别超过之前的最佳值的1.6倍和165倍。相关研究成果以题为“Efficient green InP-based QD-LED by controlling electron injection and leakage”发表在最新一期《Nature》上。河南大学为本文第一单位，值得一提的是，这也是河南大学首次以第一单位发表Nature论文。
作者使用电激发瞬态吸收光谱(EETA)研究电子注入动力学，这是一种由传统光激发瞬态吸收技术的方法改善而来。EETA专注于测量电激发下的漂白光谱，该光谱表示电子和空穴的数量。EETA光谱表明，对于绿色InP–ZnSeS–ZnSQD-LED，在4V电压下测得的平均电子布居数(<Ne>)为0.09，显着低于在615nm发射的红色InPQD中观察到的0.5。这一对比表明绿色QD-LED存在电子注入不足的问题。对于基于Cd的QD，这些值随波长逐渐减小：红色（<Ne>=0.45，636nm）、绿色（<Ne>=0.26，529nm）和蓝色（<Ne>=0.15）473nm）。这些趋势与EQE测量结果一致，其中绿色InP量子点与基于Cd的器件相比表现出更陡峭的下降。InP 基 QD与Cd基QD相比，由于其导带最小值更高，因此具有更高的注入势垒。与PETA相比，EETA光谱中基态漂白信号的饱和度明显较低，表明电子泄漏明显且陷阱饱和度不足。对于绿色量子点，12.52%的低EQE（相比之下红色为21.71%）与其低电子浓度相关，这不能使陷阱态充分饱和以有利于辐射复合。图1a-c详细介绍了EETA实验设置并比较了不同波长下的漂白信号。不同波长的电子数量差异强调了绿色InP QD中较差的电子行为。图1d生动地说明了基于InP的绿色量子点的急剧下降，表明效率严重低下。
图1.EETA光谱
本文系统地确定了ZnSeS中间层是绿色InP基QD-LED的瓶颈。主要结论包括：用ZnSe代替ZnSeS壳可以减少注射势垒。优化ZnSe厚度可抑制电子泄漏，同时保持高效注入。这些策略实现了绿色InPQD-LED的最高EQE(26.68%)和运行稳定性(T95>1000小时)。WKB隧道模型提供了一个强大的理论框架，表明类似的设计原理可以增强其他低效率QD-LED，例如蓝色发射器。
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