近日，河南大學(xué)申懷彬教授和張楓娟副教授研究團(tuán)隊(duì)在Science Bulletin上發(fā)表了題為“Bright and efficient green ZnSeTe-based quantum-dot light-emitting diodes with EQE exceeding 20%”的文章。該研究提出了一種通過超薄ZnSeS合金界面層誘導(dǎo)ZnS厚殼生長的缺陷鈍化策略，減輕了ZnSeTe基薄殼量子點(diǎn)的因缺陷鈍化不完全及界面晶格適配度低所導(dǎo)致的發(fā)光效率低和穩(wěn)定性差的問題，實(shí)現(xiàn)了EQE大于20%、亮度首次突破100,000 cd m⁻²的ZnSeTe基綠光QD-LEDs構(gòu)筑。

研究亮點(diǎn)

1. 提出了一種超薄ZnSeS合金界面層誘導(dǎo)ZnS厚殼生長策略，緩解了ZnSeTe基量子點(diǎn)界面晶格失配并鈍化了表面缺陷。

2. 厚殼生長量子點(diǎn)表現(xiàn)出了優(yōu)異的光學(xué)性能，并促進(jìn)了載流子注入平衡。

3. 實(shí)現(xiàn)了EQE高達(dá)20.6%，亮度為106,054 cd m⁻²的高效高亮綠光ZnSeTe基QD-LEDs器件構(gòu)筑。

研究背景

量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QD-LEDs）以其高效、穩(wěn)定及高色純度的優(yōu)異性能，已成為引領(lǐng)新一代顯示技術(shù)發(fā)展的核心力量。然而，隨著全球環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，QD-LEDs技術(shù)的快速發(fā)展也面臨新的挑戰(zhàn)：如何在確保高性能的同時(shí)兼顧低毒環(huán)保性。這一需求推動(dòng)了兩大環(huán)保型量子點(diǎn)體系——InP和ZnSe量子點(diǎn)成為研究焦點(diǎn)。InP量子點(diǎn)雖能通過精細(xì)調(diào)控晶核尺寸來靈活調(diào)節(jié)發(fā)射光譜，但其制備過程依賴有毒且昂貴的磷前驅(qū)體，限制了其大規(guī)模應(yīng)用前景。相比之下，ZnSe量子點(diǎn)通過與窄帶隙ZnTe合金化形成三元ZnSeTe量子點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)光譜調(diào)節(jié)，不僅展現(xiàn)出顯著的光譜調(diào)控便捷性，還兼具可持續(xù)性和成本效益優(yōu)勢(shì)，為QD-LEDs技術(shù)的未來發(fā)展開辟了一條綠色且經(jīng)濟(jì)高效的路徑。然而，ZnSeTe基量子點(diǎn)在綠光和紅光QD-LEDs應(yīng)用中，因缺乏有效的缺陷鈍化策略而面臨性能瓶頸。因此，如何通過量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)缺陷的高效鈍化，是該研究的核心問題。

成果介紹

該研究基于團(tuán)隊(duì)開發(fā)的“低溫成核，高溫生長”技術(shù)，通過在殼層生長過程中引入超薄ZnSeS合金界面層輔助ZnS厚外殼生長，成功制備出對(duì)缺陷具有明顯鈍化作用的綠光ZnSeTe/ZnSe/ZnSeS/ZnS核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)。界面層的引入能夠有效緩解ZnSe與ZnS界面間的晶格失配，厚殼生長可以進(jìn)一步鈍化量子點(diǎn)表面缺陷，從而提升量子點(diǎn)的輻射復(fù)合效率和光學(xué)穩(wěn)定性。此外，厚殼層使得量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)輕微上移，這有助于降低空穴注入勢(shì)壘并抑制電子過量注入，從而促進(jìn)載流子注入平衡，最終將器件的外量子效率從12.9%大幅提升至20.6%，亮度從81,825 cd m⁻²提升至106,054 cd m⁻²，創(chuàng)下了ZnSe和ZnSeTe體系QD-LEDs器件的最高亮度記錄，同時(shí)器件的工作穩(wěn)定性也得到了明顯提升。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為ZnSeTe基量子點(diǎn)的生長控制及缺陷鈍化提供了新思路，為高性能環(huán)保量子點(diǎn)d電致發(fā)光器件的開發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。 

圖文導(dǎo)讀

圖1. ZnSeTe基量子點(diǎn)合成原理示意圖及其晶體結(jié)構(gòu)特性。

圖2.超薄合金界面層助力ZnSeTe基量子點(diǎn)光學(xué)性能改善。

圖3.厚殼生長增強(qiáng)量子點(diǎn)發(fā)光二極管中的載流子注入平衡。

圖4.超薄合金界面層引入促進(jìn)綠光ZnSeTe基量子點(diǎn)電致發(fā)光器件性能提升。

文章信息

Xiangzhen Deng, Qiaoling Zhao, Han Zhang, Fengjuan Zhang, Huaibin Shen. Bright and efficient green ZnSeTe-based quantum-dot light-emitting diodes with EQE exceeding 20%. Science Bulletin, 2025. 

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.02.042

(來源：Science Bulletin)