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河南大學與中科大學開展合作 低發(fā)熱高亮度下高穩(wěn)定QLED研究進展

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-09-04 瀏覽次數(shù):252

 與傳統(tǒng)的熱光源相比,盡管發(fā)光二極管(LED)在提供高亮度、高功率轉換效率和長壽命的同時所產(chǎn)生的熱量要少得多,但仍足以引起器件失效和加速老化,這是目前所有無機LED都面臨的一個難題。特別是量子點(QD) LED,其組成都是低導熱材料(即聚合物和納米晶體),熱積累更為嚴重,發(fā)熱對器件性能(尤其穩(wěn)定性)的影響更為致命。因此,盡可能地降低器件發(fā)熱,最大程度實現(xiàn)“冷發(fā)光”,可從根本上改善器件穩(wěn)定性,是突破QLED應用瓶頸的關鍵。

針對上述難題和瓶頸,河南大學材料學院QLED平臺與中國科學技術大學開展合作研究,提出了采用單層大尺寸量子點作為發(fā)光層的新思路,在低驅動電壓下實現(xiàn)了增強準費米能級分裂和亮度提高,有效抑制了器件發(fā)熱,使紅色QLED電光能量轉換效率(PCE)達到了23%,在1000 cd/m2下亮度降低到95%(T95)壽命達到了48,000 h。相關研究成果以Research Article形式[題為Minimizing heat generation in quantum dot light-emitting diodes by increasing quasi-Fermi level splitting(增加準費米能級分裂使量子點發(fā)光二極管發(fā)熱最小化)],在線發(fā)表在Nature Nanotechnology。

河南大學為第一通訊單位;實驗室博士生高巖、碩士生劉校楠,中科大博士生李波為共同第一作者;河南大學申懷彬教授、中國科學技術大學樊逢佳教授、河南大學杜祖亮教授為共同通訊作者。

大尺寸全梯度合金結構量子點合成及超高PCE器件

合成接近100%量子產(chǎn)率的大尺寸量子點具有挑戰(zhàn)性。為了解決這個問題,研究團隊采用了一種不同的策略來合成大尺寸量子點:不同于文獻報道在小尺寸核上生長多層厚殼的方式,團隊選擇在沒有明顯核殼界面的情況下生長量子點(圖1a)。通過兩次注入陰離子前驅體的方法最終得到量子產(chǎn)率(PL QY)大于95%,平均尺寸為17 nm大尺寸全梯度合金結構量子點(FCG-QD),并合成出熒光PL QY大于90%的10 nm的常規(guī)尺寸量子點。基于上述精心設計的高質量量子點材料,研究團隊構筑了單量子點發(fā)光層QLED器件。實現(xiàn)了100%和115%帶隙電壓下亮度達到了1100 cd/m2和6000 cd/m2。由于驅動電壓的降低,器件PCE在1000-6000 cd/m2的亮度范圍內(nèi)可以保持在21%-23%,這是目前所知的最高值。

圖1全梯度合金結構量子點及其QLED器件性能

器件發(fā)熱最小化

單層大尺寸全梯度合金量子點構筑的QLED器件實現(xiàn)了低驅動電壓和增加了低電壓下的EQE并降低了器件的發(fā)熱。通過紅外熱成像儀測試了不同亮度下連續(xù)工作2 h的器件溫度,6000 cd/m2亮度下器件溫度變化在1 ?C,COMSOL建模計算理論器件溫度數(shù)據(jù)與實驗結果良好的吻合。

 

 

圖2不同亮度下器件溫度

優(yōu)異的器件穩(wěn)定性

本研究在低驅動電壓下獲得了高亮度器件發(fā)光,同時獲得了超高的功率轉換效率、顯著降低了器件發(fā)熱,使器件的穩(wěn)定性得到了極大改善。圖3展示了QLED器件在1000 cd/m2下亮度降低到95%(T95)壽命達到了48,000 h。

 

 

圖3 QLED器件穩(wěn)定性測試

該研究為有效抑制器件發(fā)熱、研發(fā)高效率高亮度下高穩(wěn)定的QLED器件提供了新策略。

該工作得到國家自然科學基金委和科技部等項目資助,河南省發(fā)改委在平臺建設上給予了大力支持。

來源:河南大學

論文鏈接

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01441-z

 
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