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我院李蕊副教授团队在《Advanced Functional Materials》发表重要研究成果

2026年06月02日 10:12  

我院李蕊副教授团队(联合上海大学杨绪勇教授)在通过偶极配体修饰蓝色量子点以制备高性能发光二极管方面取得重要研究进展。研究成果以“Dipole Ligands Modification of Blue Quantum Dots for High-Performance Light-Emitting Diodes”为题,发表于国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子19),新疆大学物理科学与技术学院为第一完成单位,硕士研究生谭文涛为论文第一作者,通讯作者为李蕊副教授、杨绪勇教授、王胜博士、曹璠博士。

研究背景/选题意义/研究价值:

半导体量子点(QD)因其出众的颜色纯度、可调的发射波长和高的光致发光量子产率(PLQY),使得基于量子点的发光二极管(QLED)成为下一代显示技术的潜在候选者。然而,与红色和绿色QLED相比,蓝色QLED仍然存在器件性能不佳的问题。蓝色量子点的深能级导致空穴注入能力较差。宽带隙的硫化锌被用作量子点的最外层外壳,以限制核心内的激子解离和增强辐射复合效率。量子点表面的硫悬挂键被称为深能级缺陷。此外,核和壳之间的小势垒有利于蓝色量子点中的载流子与量子点表面的硫悬挂键耦合。

主要研究内容:

与红色和绿色QLED显著的研究进展相比,蓝光QLED相对较低的效率和较差的稳定性阻碍着QLED技术的商业化。特别是对于蓝色量子点,它们较宽的带隙导致量子点核心和硫化锌外壳之间的电势偏移量较小,与红色和绿色量子点相比,加剧了载流子-表面的耦合。此外,蓝色量子点的较深能级也仍然是有效空穴注入的挑战。这些问题导致电荷复合不良,最终降低了器件的效率和操作稳定性。

在这项工作中,我们引入偶极分子苯乙基氯化铵(PEACl)对蓝色量子点进行表面修饰。长链油酸配体被氯离子取代改善了载流子的传输,而PEACl中的NH3+基团钝化了表面硫缺陷。此外,PEACl分子具有"π" 间隔区和接受电子的功能,显示出一种偶极性质,可以向上移动蓝色量子点的能级。这种偶极效应降低了HTL-QD界面的能垒,从而促进了更有效的空穴注入。结果,优化的蓝色QLED达到了创纪录的均方误差23.8%,亮度达到42,724个CDM−2,显著超过了基于QDS的对照器件。经PEACl处理的量子发光二极管在100cdm−2时的外推工作寿命T50(亮度下降到50%的时间)为22,180小时,几乎是对照器件的2.5倍。这项工作为提高用于高级显示应用的蓝色QLED的效率和稳定性提供了一种很有前途的方法。

图 1. a) 锌镉镉/硫化锌/锌碳/S/S量子点合成过程示意图。b) 覆盖波长范围从440到490 nm的荧光光谱。c) 壳层沉积不同阶段量子点的吸收光谱和光致发光光谱的演化以及d) X射线衍射谱。用透射电子显微镜观察了e)锌镉硒芯、f)锌镉硒/锌镉硫/S量子点和g)锌镉/锌镉/锌硫/S/S量子点的电子显微镜图像。

图 2. a) 对照和QD-PEACl表面配体的示意图。b) PEACl分子的静电势分布。c) 量子点、QD-PEACl和PEACl的FTIR光谱。d) N_1S和e) S 2p的量子点和QD-PEACl薄膜的XPS谱。比较了对照量子点和QD-PEACl的f) PL谱和g) PL衰变。H) 控制qd和i) qd-PEACl的温度相关的光致发光光谱。

图 3. 在PF8Cz上a) 对照QD膜和b) QD-PEACl膜涂层的AFM图像。c) 基于QD和QD-PEACl的QLED的C-V特性。d) 基于Qd和Qd-PEACl的HOD的J-V特性。用空间电荷限制电流模型(SCLC)计算了具有e) 量子点和f) QD-PEACl的HOD的J-V特性和迁移率。

图 4. a) QLED器件结构。b) 对照量子点和QD-PEACl的电致发光光谱。插图:对应的CIE。c) J-V,d) L-V,e) 两个QLED的EQE-J特性。f)以前报告的纯蓝色QLED的EQE统计。g) 两个QLED的工作寿命。

主要创新点:

我们展示了一种大偶极矩PEACl配体来修饰高性能QLED的蓝色量子点。PEACl取代了长链天然的OA配体,增强了载流子的传输,并有效地钝化了表面硫缺陷。此外,由此产生的能级上升促进了有效的空穴注入,缓解了电荷不平衡。得益于表面缺陷和电荷平衡的解耦载流子,优化后的QLED显示出23.8%的峰值外部量子效率(EQE),这是已报道的蓝色QLED的最高值,同时还具有令人印象深刻的工作寿命。这些性能大大超过了控制装置。我们的发现强调了基于偶极分子的表面修饰作为实现高性能光电器件的有效策略的潜力。

受项目资助信息:

本研究得到了国家重点研发计划项目(Grant No.2024YFB3612404)、国家自然科学基金项目(Grant No. 62174104、12404479和62204214)、新疆维吾尔自治区天山创新团队计划(Grant No.2023D14001)、上海市学术/科技领军人才计划(Grant No.22XD1421200)、上海市自然科学基金项目(Grant No.23ZR1423300)、上海市科学技术委员会(Grant No.22YF1413500)以及中国博士后科学基金(Grant No.GZC20240971和GZB20240416)的资助。

论文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202502648

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