量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）已成為極具潛力的新一代發(fā)光顯示技術(shù)。然而，藍(lán)色QLED性能遠(yuǎn)落后于紅、綠兩色，成為QLED商業(yè)化的主要瓶頸。研究者為了獲得高性能的藍(lán)色QLED，多采用能夠降低空穴注入勢(shì)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(diào)整量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)或加入電子阻擋層等手段改善藍(lán)色QLED載流子注入不平衡等問題，但這些技術(shù)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(fā)現(xiàn)PVK作為空穴傳輸層制備高效藍(lán)色QLED長(zhǎng)期依賴于PVK出廠批次的影響，使得高性能藍(lán)色QLED的制備仍然具有很大的挑戰(zhàn)性和偶然性。

近日，吉林大學(xué)紀(jì)文宇教授和河南大學(xué)申懷彬教授團(tuán)隊(duì)合作，利用界面阻擋層限制PVK電子陷阱捕獲器件結(jié)構(gòu)中的電子，在整個(gè)器件結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了高效率電子和空穴復(fù)合，獲得了高性能藍(lán)色QLED。文中選用PL QY接近90%、峰位為470 nm的ZnCdSe/ZnS （簡(jiǎn)稱“E-QDs”）量子點(diǎn)作為發(fā)光層，同時(shí)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(jiǎn)稱“I-QDs”）量子點(diǎn)作為界面修飾層。最終構(gòu)筑的藍(lán)色QLED器件外量子效率達(dá)20.6%，這也是目前報(bào)道藍(lán)色QLED性能的最高值。

該項(xiàng)工作首先通過實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方式，利用位移電流技術(shù)（DCM）手段證明出PVK電子陷阱的存在，并結(jié)合TD-DFT分子建模手段擬合計(jì)算得到PVK的平均缺陷能級(jí)位置大約在-3.56 eV，這項(xiàng)結(jié)果與先前報(bào)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(xué)性能。（a）含有PVK層的純電子器件能級(jí)圖；（b）位移電流測(cè)量系統(tǒng)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(jié)構(gòu)示意圖。（b）ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/ZnMgO截面TEM圖像。（c）QLED的能級(jí)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(jié)構(gòu)的藍(lán)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(qū)動(dòng)電壓下基于PVK/I-QDs器件的照片。（d）不同結(jié)構(gòu)的QLED的TrEL光譜。（e）TrEL譜的上升沿邊和（f）下降沿。

相關(guān)研究成果“High-performance blue quantum-dot light-emitting diodes by alleviating electron trapping”發(fā)表于Advanced Optical Materials期刊（IF：9.926）上。吉林大學(xué)物理學(xué)院王芳芳博士生和河南大學(xué)碩士生花清照為該論文共同第一作者，通訊作者為紀(jì)文宇教授、張漢壯教授和吝青麗副教授，吉林大學(xué)物理學(xué)院為該論文的第一單位。該項(xiàng)研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。該團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于半導(dǎo)體納米材料（量子點(diǎn)）薄膜物理、發(fā)光器件及應(yīng)用研究。在材料的研究和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上取得了一系列的原創(chuàng)性成果，對(duì)于推動(dòng)未來(lái)照明顯示領(lǐng)域具有重要意義。