中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點實驗室杜江峰院士、樊逢佳教授等人與河南大學(xué)申懷彬教授、多倫多大學(xué)Edward H. Sargent教授合作，在量子點發(fā)光二極管（QD-LED）領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該研究團隊利用混合相CdZnSeS 量子點中的偶極-偶極相互作用使量子點有效排列，增強了發(fā)光二極管中的光子外耦合。研究成果以“Dipole–dipole-interaction-assisted self-assembly of quantum dots for highly efficient light-emitting diodes”為題，發(fā)表在《Nature Photonics》雜志上。
量子點發(fā)光二極管由于其色域覆蓋廣、溶液加工成本低和低電壓下亮度和效率高的優(yōu)勢而在顯示應(yīng)用中非常有吸引力，是下一代顯示技術(shù)的有力競爭者。LED的效率是一個至關(guān)重要的性能指標(biāo)，而量子點LED的外量子效率受較低的外耦合效率所限制：通常，只有不到30%的光子耦合到空氣中，其余的光子被困在器件內(nèi)部。調(diào)控量子點中躍遷偶極矩取向以增加垂直于器件襯底的光子發(fā)射提供了提高外耦合效率的途徑，這需要將發(fā)光具有方向性的量子點排列起來。這已經(jīng)在各向異性量子點中得到了證明，如納米片，納米棒和具有暴露平面的量子點，其中范德華相互作用被認(rèn)為是主要驅(qū)動力。然而，采用這種各向異性量子點的LED的輻射復(fù)合效率較低，因此光子外耦合的增加被內(nèi)量子效率的損失所抵消。需要找到一種可行的偶極取向策略，在平面量子點LED中實現(xiàn)外耦合效率的提升。
具有大永久偶極矩的多型晶體結(jié)構(gòu)量子點的合成
多型晶體結(jié)構(gòu)量子點取向的表征
QD-LED器件的仿真與實驗結(jié)果
在本項研究中，研究人員開發(fā)出一種新型的多型晶體結(jié)構(gòu)的量子點，使用纖鋅礦CdZnSe核作為結(jié)構(gòu)模板來外延生長纖鋅礦 ZnS殼層，得到了纖鋅礦與閃鋅礦ZnS共存的多型晶體結(jié)構(gòu)量子點。強離子性的纖鋅礦ZnS提供了排列量子點所需的大電偶極矩；閃鋅礦部分影響電子結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)每個量子點的取向發(fā)光，兩方面結(jié)合實現(xiàn)了躍遷偶極矩取向的調(diào)控。研究人員使用背焦面成像等手段確認(rèn)了此量子點材料的躍遷偶極矩取向，具有79 %的面內(nèi)偶極矩占比。使用該量子點制備的量子點LED表現(xiàn)出超高的效率和穩(wěn)定性（外量子效率35.6%，1000cdm-2亮度下T95壽命:40，900小時）。 該研究首次借助偶極-偶極相互作用排列量子點這一策略，在不影響內(nèi)量子效率的情況下提高了外耦合效率，實現(xiàn)了量子點LED的效率提升，提高了量子點LED的技術(shù)優(yōu)勢及競爭力。同時，通過選擇合適的材料，這一策略有望拓展到藍(lán)色和綠色量子點LED以及LED以外的其他量子點應(yīng)用中。 該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部等支持。 （來源：科學(xué)網(wǎng)）
