【动态】大连化物所发展量子点发光二极管中电注入动力学检测方法并揭示器件效率影响机制

学术 2024-10-30 17:05 辽宁

近日，大连化物所化学动力学研究室超快时间分辨光谱与动力学研究组（1110组）金盛烨研究员、田文明研究员团队在量子点发光二极管（QLED）电荷动力学检测新方法以及效率影响机制研究中取得系列进展。团队自主设计搭建了电致瞬态吸收光谱（E-TA）系统，实现了对运行状态下QLED中电子浓度、电场强度、电子泄露程度的动力学探测，获得了影响器件效率的关键因素。

QLED作为新一代照明显示技术，具有发光窄、色域宽和纯度高等特点。由于缺乏有效的电注入动力学检测方法，目前，针对QLED的研究多集中在器件结构与工艺优化上，对于器件在运行条件下电荷动力学机制研究鲜有报道。针对QLED电注入过程中系列关键科学问题，团队自主设计搭建了E-TA系统，实现了器件运行状态下量子点漂白信号、斯塔克信号，以及空穴传输层（HTL）的三重态激发态吸收信号解析。获得了器件运行过程中量子点层中电子浓度，量子点层两侧电场强度，以及泄露到HTL中的电子浓度变化，揭示了QLED运行中电子注入、电场变化和电子泄露动力学机制。

通过统计器件中电子浓度与效率的关系，团队研究发现QLED中电子积累对器件效率同时存在由于抑制缺陷复合导致的正向作用，以及俄歇复合和电子泄露导致的反向作用。两种作用的相对大小取决于量子点质量，在缺陷较少的量子点中，反向作用占主导，缺陷较多的量子点中正向作用为主。此外，通过分析器件E-TA光谱中三种信号强度及器件效率随电压的变化，团队揭示了器件效率滚降过程中俄歇复合、电场猝灭以及电子泄露所占比重。结果表明，当电流密度达到354 mA/cm²时，器件外量子效率从26.8%降到20.5%，其中电子泄露的贡献占比95%，电场猝灭占比约5%，俄歇复合和热猝灭作用影响可以忽略。该工作对于理解QLED中电注入载流子动力学机制，以及获得器件效率影响因素具有重要意义，为高性能QLED制备奠定了动力学研究基础。

相关成果分别以"Probing the Operation of Quantum-Dot Light-Emitting Diodes Using Electrically Pumped Transient Absorption Spectroscopy"为题，发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）；以“Elucidating the Impact of Electron Accumulation in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”为题，发表在《纳米快报》（Nano Letters）；以“Quantifying Efficiency Roll-Off Factors in Quantum-Dot Light-Emitting Diodes”为题，发表在《先进科学》（Advanced Science）上。上述工作得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、辽宁省兴辽英才计划青年拔尖人才、大连化物所创新基金等项目的资助。（文/图闫宪昌）

文章链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.4c02127

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c03967

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202410041

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