客服
北大研發(fā)基于納米晶的發(fā)光二極管取得進展性成果
基于納米晶的發(fā)光二極管具有低成本、高發(fā)射效率、窄光譜、長壽命等優(yōu)點，因而在下一代高清顯示技術(shù)與照明應(yīng)用中均具有巨大潛力。此前，納米晶-發(fā)光二極管領(lǐng)域已取得了重大進展，展現(xiàn)了接近30%的高外量子效率和超過10,000小時的壽命。然而，器件中外量子效率的進一步提升受到了外耦合因子的限制，這是決定器件最大光提取效率的關(guān)鍵參數(shù)。各項同性納米晶的垂直躍遷偶極矩動量因與金屬電極產(chǎn)生較強的耦合并以等離激元模式損失了大部分能量。因此，提高水平躍遷偶極矩動量分布一直被認為是提升外量子效率的重要方法，圖1。
近日，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室“極端光學(xué)團隊”高宇南課題組與合作者，通過改變襯底的表面特性和溶液內(nèi)納米晶的相互作用，成功實現(xiàn)具有高度空間和光輻射偶極矩取向的量子阱自組裝層，并由此制備出了高性能的膠體量子阱發(fā)光二極管。相關(guān)研究成果以“基于自組裝膠體量子阱的高效發(fā)光二極管”（Highly Efficient Light-emitting Diodes based on Self-assembled Colloidal Quantum Wells）為題發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）上。
為實現(xiàn)提高水平躍遷偶極矩動量分布以提高外耦合因子，研究團隊對具有片狀形貌的膠體量子阱納米晶體系開展了從合成方法（Adv. Opt. Mater. 2022, 10, 2200469; Small, 2022, 18, 2204120），自組裝控制(J. Phys. Chem. Lett. 2020, 11, 11, 4524)，激子物理(Nano Res. 2023，16, 10420)，到納米晶LED (J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 39, 9051)器件物理，以及微納激光(ACS Photonics 2023, 10, 5, 1397)的系統(tǒng)性研究工作。在前期工作的積累之上，在此研究工作中研究團隊考慮了不同襯底平整度與膠體量子阱之間的相互作用，通過易與電致發(fā)光器件相結(jié)合的旋涂法成功制備了方向性一致的發(fā)光自組裝層。通過對后焦面成像得到的動量空間分布結(jié)果進行擬合，可以得到發(fā)射層的面內(nèi)躍遷偶極矩動量分布高達95%（圖2），最 高實現(xiàn)了37%的外耦合效率。
研究團隊并在膠體量子阱發(fā)光二極管中引入新型聚合物傳輸層PF8Cz。PF8Cz聚合物含有剛性、平面的咔唑單元，并與芴單元共聚。與傳統(tǒng)的TFB傳輸層相比，這一特性導(dǎo)致了較淺的最低未被占據(jù)分子軌道能級并有效抑制了無序性，使得電子從發(fā)光層轉(zhuǎn)移到空穴傳輸層具有更大的勢壘。最終，外量子效率達26.9%的高穩(wěn)定性膠體量子阱發(fā)光二極管被實現(xiàn)，超過了此前常規(guī)膠體量子阱發(fā)光器件的性能，展示了其在光電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。
發(fā)表成果中，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所博士研究生朱云柯、浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院及劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室鄧云洲博士為共同第 一作者，高宇南研究員及浙江大學(xué)化學(xué)系金一政教授為共同通訊作者，合作者包括北京大學(xué)物理學(xué)院、浙江大學(xué)化學(xué)系、北京大學(xué)電子顯微鏡實驗室多位研究人員。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、介觀物理國家重點實驗室，教育部納光電科學(xué)研究中心，北京大學(xué)長三角光電研究院等的支持。
