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基于绿色磷化铟（InP）的量子点发光二极管（QD-LED）仍然效率低、使用寿命短，对完全无镉的QD-LED显示器和照明构成了严峻挑战。遗憾的是，这些限制背后的因素尚不清楚，因此没有明确的设备工程指南。
2024年11月20日，河南大学申怀彬、Chen Fei、中国科学技术大学樊逢佳、北京交通大学Tang Aiwei、在Nature在线发表题为“Efficient green InP-based QD-LED by controlling electron injection and leakage”的研究论文。该研究发现最先进的无绿光QD-LED（普遍采用InP-ZnSeS-ZnS核-壳-壳结构）的低效率源于ZnSeS夹层，因为它施加了高注入势垒，限制了电子浓度和陷阱饱和。从实验和理论上证明，用加厚的ZnSe夹层代替目前广泛使用的ZnSeS夹层可以同时改善电子注入和抑制泄漏，从而实现26.68%和T95的峰值外部量子效率。在 1,000 cd m–2的初始亮度下，使用寿命（亮度下降到初始值的 95% 的时间）为1,241小时在以 543 nm波长发射的基于InP的绿色QD-LED中，分别比之前的最佳值高出1.6 倍和165倍。
QD-LED因其高量子效率和出色的单色性而有望成为下一代显示器和照明的领先技术。最先进的QD-LED由基于镉（Cd）的II-VI QD制成，但有毒的Cd元素限制了它们的实际使用。基于InP、ZnSe和ZnTeSe的QD被认为是基于Cd的QD的理想无毒替代品，并且在使用这些 QD 实现高效率和稳定性方面取得了长足的进步。例如，基于红色InP的QD-LED和蓝色 ZnTeSe QD的峰值外部量子效率（EQE）超过20%。然而，尽管在材料和器件工程方面付出了大量努力，但通常使用基于绿色InP的QD的无绿光Cd QD-LED的EQE仍然很低（16.3%），对完全无CD的QD-LED显示和照明构成了关键挑战。与基于CdSe的QD相比，基于InP的QD的电子有效质量更低（0.077m0与 0.13m0，其中m0表示真空中自由电子的质量），这应该可以更轻松地进行电子注入。但是，InP的导带最小值更高。这可能会导致更高的电子注入势垒，尤其是在基于InP的绿色QD-LED中。这些交织在一起的因素使这些器件中的电子行为复杂化。到目前为止，对于基于InP的QD-LED中电子是否过多或不足仍未达成共识，这需要完全相反的器件工程策略。因此，在运行QD-LED中直接测量电荷载流子至关重要，但对于可用的特性仍然具有挑战性。提高基于InP的绿光QD-LED的EQE的策略（图源自Nature）研究人员通过使用 EETA 光谱，确定了目前研究最广泛的绿光InP-ZnSeS-ZnS QD-LED 效率低的根本原因，即低电荷浓度引起的陷阱饱和度不足。鉴于高注入阻挡层主要来自 ZnSeS 夹层，采用纯ZnSe夹层来促进电子注入。然而，这会导致电子泄漏增加。进一步增加了ZnSe中间层外壳以减少泄漏，最终导致了前所未有的26.68%和T95的EQE在初始亮度为 1,000 cd m−2时，使用寿命超过 1,000 小时，这两者都是基于InP的绿色QD-LED的前所未有的值。这种策略可以用WKB量子隧穿模型合理解释，预测它可以扩展到其他低电子浓度的 QD-LED，例如蓝色 QD-LED。减少壳能势垒和增加壳厚度应该是重要的第一次试验。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08197-z#Sec6
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