近日，上海大學楊緒勇/張建華教授團隊聯合美國密歇根大學，在頂級學術期刊《Nature Photonics》發表的最新研究中，通過創新的 "局部晶格軟化" 策略，成功突破單組分白光量子點 LED（sc-WQLED）的性能瓶頸，將其效率與壽命提升至商用水平，為環保型量子點技術產業化鋪平道路。
項目簡介
單組分白光量子點LED因低工作電壓、光譜穩定等優勢，被視為下一代顯示與照明的潛力選手。但長期以來，其發展受限于兩大核心難題：一是高效白光發光材料的缺乏，導致外量子效率（EQE）普遍低于2%，遠落后于有機白光LED；二是現有通過自陷激子（STE）產生寬帶白光的方案，始終面臨 "效率與穩定性不可兼得" 的困境——要么電荷傳輸能力差，要么結構易失效，嚴重制約器件性能。
針對這一 "卡脖子" 問題，上海大學楊緒勇/張建華團隊提出了局部晶格軟化新策略：通過鹵素離子（Cl?）異價摻雜ZnSe量子點核，在強共價鍵ZnSe基質中構建局部軟化晶格區域。理論計算表明，摻雜后形成的Zn-Cl離子鍵（軟化區）與Zn-Se共價鍵（剛性區）產生協同效應：軟化區增強電子-聲子耦合，實現高效黃光STE發射（525 nm）；剛性區則保留了藍光激子發射（450 nm）和優異的電荷傳輸能力。這一設計從根本上解決了STE材料 "效率低、不穩定" 的固有矛盾。
核心成果
基于上述創新設計，團隊成功制備出Cl:ZnSe/ZnSe/ZnS核殼量子點，其光致發光量子產率高達83%。以此為核心的sc-WQLED器件，性能實現跨越式突破：
· 效率躍升：最高外量子效(EQE)達15%，平均10.5±2.6%，首次將 sc-WQLED效率提升至商用級水平；
· 超高亮度：亮度突破 26,000 cd/m²，滿足大尺寸顯示與高亮度照明需求；
· 超長壽命：在初始亮度100cd/m² 下，壽命(T??)超2500小時；
· 光譜穩定：在80–300K寬溫度范圍內無光譜漂移，保持了穩定的發射特性。
此外，該器件采用無重金屬設計，避免了傳統量子點中鎘、鉛等元素的環境危害，為 "綠色發光器件" 提供了全新解決方案。
圖1:白色量子點的制備和結構分析
圖2:白色量子點的發光機制和光學性質
圖3:白色量子點的超快激子動力學和能帶結構
圖4:基于單組分量子點的白光發光二極管 sc-WQLED器件結構和性能
隨著消費電子對 "低耗、環保、高清" 的需求升級，無重金屬量子點技術正成為產業競爭的新焦點。
該項研究不僅填補了單組分白光量子點 LED 的性能空白，更通過創新的晶格工程策略，為光電材料設計提供了新思路，有望推動顯示與照明產業向 "更高效、更綠色、更低成本" 轉型，未來在智能家居、可穿戴設備、戶外照明等領域將展現廣闊應用前景。
【原文鏈接】
https://www.nature.com/articles/s41566-025-01716-y
（來源：上海大學紹興研究院）
