量子點發光二極管（QLED）已成為極具潛力的新一代發光顯示技術。然而，藍色QLED性能遠落后于紅、綠兩色，成為QLED商業化的主要瓶頸。研究者為了獲得高性能的藍色QLED，多采用能夠降低空穴注入勢壘的聚N-乙烯基咔唑（PVK）作為空穴傳輸層（HTL）。以往研究者采用調整量子點結構或加入電子阻擋層等手段改善藍色QLED載流子注入不平衡等問題，但這些技術手段雖然可以在一定程度上改善器件性能，但器件效率仍舊偏低。通過研究發現PVK作為空穴傳輸層制備高效藍色QLED長期依賴于PVK出廠批次的影響，使得高性能藍色QLED的制備仍然具有很大的挑戰性和偶然性。

近日，吉林大學紀文宇教授和河南大學申懷彬教授團隊合作，利用界面阻擋層限制PVK電子陷阱捕獲器件結構中的電子，在整個器件結構中實現了高效率電子和空穴復合，獲得了高性能藍色QLED。文中選用PL QY接近90%、峰位為470 nm的ZnCdSe/ZnS （簡稱“E-QDs”）量子點作為發光層，同時在PVK和E-QDs之間引入半峰寬僅為14 nm，峰位為428 nm的ZnSe/ZnS（簡稱“I-QDs”）量子點作為界面修飾層。最終構筑的藍色QLED器件外量子效率達20.6%，這也是目前報道藍色QLED性能的最高值。

該項工作首先通過實驗和理論相結合的方式，利用位移電流技術（DCM）手段證明出PVK電子陷阱的存在，并結合TD-DFT分子建模手段擬合計算得到PVK的平均缺陷能級位置大約在-3.56 eV，這項結果與先前報道的聚合物的陷阱位置相一致（圖1）。

圖1單電子器件與PVK的電學性能。（a）含有PVK層的純電子器件能級圖；（b）位移電流測量系統原理圖。（c）不含有和（d）含有PVK層的電流密度差ΔJ（即第一次和第二次掃描）隨電壓的變化。（e）含有不同缺陷的PVK的LUMO能量和陷阱分布，（f）PVK的LUMO/HOMO和平均陷阱位置分布。

圖3（a）QLED結構示意圖。（b）ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/ZnMgO截面TEM圖像。（c）QLED的能級示意圖。（d）I-QDs和（e）E-QDs的UPS光譜。（f）基于PVK和PVK/I-QDs層的單電子（EOD）和單空穴（HOD）的電流密度-電壓（J-V）曲線。

圖4 QLED的光電特性。（a）不同結構的藍色QLED的電流密度-電壓-亮度（J-V-L）和（b）EQE-亮度-電流效率(η_EQE-L-η_A)示意圖。（c）E-QDs薄膜的PL譜和器件的EL譜。插圖為6V驅動電壓下基于PVK/I-QDs器件的照片。（d）不同結構的QLED的TrEL光譜。（e）TrEL譜的上升沿邊和（f）下降沿。

相關研究成果“High-performance blue quantum-dot light-emitting diodes by alleviating electron trapping”發表于Advanced Optical Materials期刊（IF：9.926）上。吉林大學物理學院王芳芳博士生和河南大學碩士生花清照為該論文共同第一作者，通訊作者為紀文宇教授、張漢壯教授和吝青麗副教授，吉林大學物理學院為該論文的第一單位。該項研究受到國家自然科學基金重點項目的支持。該團隊長期致力于半導體納米材料（量子點）薄膜物理、發光器件及應用研究。在材料的研究和器件結構設計上取得了一系列的原創性成果，對于推動未來照明顯示領域具有重要意義。