韩国三星《Nature》：消除晶体结构层错，获得高效稳定的蓝色QLED

编辑推荐：作者发现氢氟酸和氯化锌添加剂通过消除ZnSe晶体结构中的层错来提高发光效率。此外，通过液体或固体配体交换的氯化物钝化导致缓慢的辐射复合、高的热稳定性和有效的电荷传输特性。

利用量子点实现精确颜色信息的可视化已经探索了几十年。然而，无镉蓝光发射器件的光物理性能较差一直是一个挑战。来自韩国三星的科研人员介绍了量子产率为1的ZnSe基蓝光发射量子点的合成。在发光二极体中构造了氯化物含量梯度的双量子点发射层，以促进空穴传输，得到的器件具有理论极限效率高、亮度高、工作寿命长的特点。相关论文以题目为“Efficient and stable blue quantum dot light-emitting diode”发表在Nature期刊上。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2791-x

自从量子点发光二极管（QD-LED）被认为是一种理想的显示器以来，人们一直致力于提高其性能。最先进的红色、绿色和蓝色量子点LED的外部量子效率（EQEs）分别为20.5%、23.9%和19.8%，这被视为考虑光输出耦合的理论极限。就工作寿命而言，红色和绿色QD LED分别显示出足够的寿命T95=3800 h和T 95=2500 h，但蓝色QD LED的稳定性要差得多。先前的研究表明，寿命短的原因是非辐射复合、量子点-电子传输层（ETL）界面上积聚的电荷和偏压下配体的不稳定性。另一个关键问题是镉的毒性，这是商业化的严重障碍。

最近，环境友好的InP基红色QD LED在EQE（21.4%）和寿命（1000 cd m⁻²下T 95=615 h）方面与Cd基QD LED表现出相当的性能。然而，InP的最佳控制发射波长太长，无法成为蓝色发射体，并且最高的光致发光量子产率仅为76%。InP/GaP/ZnS量子点在480nm处的光致发光量子产率为81%，EQE约为1%。ZnSe基量子点作为一种潜在的无镉蓝光发射体进行了研究。

最近，ZnTeSe QDLED显示EQE=4.2%，寿命短（在200 cd m⁻²下T 50=5分钟，并且同一作者通过使用改进的ETLs报告了高达9.5%的改进EQE，但没有稳定性。本文提出了一种制备高效蓝色ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点的方法。Te掺杂使发光波长调谐到457nm，通过消除层错和用氯化物钝化表面悬挂缺陷，光致发光量子产率提高了100%。此外，进一步的Cl^-处理取代了天然的脂肪族配体，以提高热稳定性和电荷注入/转运。

此外，发射层（EML）被设计成具有梯度Cl浓度的双叠层，以实现有效的电荷复合。得到的器件显示出高达20.2%的EQE，亮度为88900 cd m⁻²，100 cd m⁻²下的T 50=15850 h，这是迄今为止报道的蓝色QD LED的最高值。（文：爱新觉罗星）

图1|ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点的表征。A、ZnTeSe、ZnTeSe/ZnSe和ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点的合成原理图，以及相应的TEM图像。B，两种C/S/S量子点的选区衍射(SAED)图(上)和相应的单个粒子的高分辨率TEM图像(下图)，不加任何添加剂(左)和用HF和ZnCl₂(右)制备的Hf和ZnCl₂(右)制备的C/S/S量子点的选区衍射(SAED)图和相应的单个粒子的高分辨率TEM图像(下图)。

图2表面缺陷的氯化物钝化。a、配体在液相中与ZnCl₂交换和通过膜洗涤处理进一步交换的示意图。b、 量子点的吸收光谱和光致发光光谱。c、 ZnS（100）表面欠钝化态和完全钝化态配体的弛豫组态。d、计算态密度（DOS），价带最大值和导带最小值。e、 量子点薄膜光致发光稳定性与退火温度的关系。

图3 | QD LED的性能。a、量子点发光二极管的能带图。b、 具有双EML的QD-LED的横截面TEM图像。使用高分辨率TEM-EDX测量Cl的垂直浓度。c、 双EML量子点发光二极管的电压相关电致发光光谱。插图，操作装置的照片。d、 电压相关电流密度（左轴）和亮度（右轴）。e、 EQE的亮度依赖性。f、 在650 cd m⁻²初始亮度下测量的QD LED的工作寿命。

图4 |器件特性分析。a、 无量子点、C/S/S、C/S/S-Cl（l）和C/S/S-Cl（f）量子点的EOD和HOD的J–V特性。b、 顶部EML含红色发光量子点和不同底部EML:C/S/S、C/S/S-Cl（l）和C/S/S-Cl（f）的QD-LED的电致发光光谱。c、 在初始亮度为2000 cd m⁻²的情况下，从具有双EML的QD-LED测量的时间相关电致发光和光致发光光谱。d、 QD LED工作期间的电压变化。带双EML的QD-LED在（初始）和（T 50）操作前后的J–V剖面图。